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moea_joint_essay 113年 [土木] 大地工程學、結構設計

第 二 題

📖 題組:
有一跨距 7.5 公尺受垂直向下均佈載重之 H 型鋼簡支樑,鋼樑為熱軋 H 型鋼 H600×200×11×17,鋼材降伏應力 Fy = 3.5 tf/cm² , Fr = 0.7 tf/cm² ,請以極限設計法分析下列問題(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入):(2 題,每題 10 分,共 20 分)(註: H600×200×11×17:A = 132 cm² ,Ix = 75,600 cm4 , Iy = 2,270 cm4 ,rx = 24 cm, ry = 4.15 cm , rT = 5.02 cm, Sx = 2,520 cm3 , Sy = 227 cm3 , Zx = 2,900 cm3 , Zy = 358 cm3 , X1 = 130 tf/cm² , X2 = 3.46 tf/cm² ,Cb = 1.75 )
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

若簡支樑兩端有側向支撐,不計該構件自重,試求該樑能承受之最大均佈載重為何?(單位:kgf/cm)

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非支撐長度 Lb=750cm 且大於彈性挫曲界限長度,根據鋼結構極限設計規範之 LTB 彈性挫曲公式計算臨界應力 Fcr。乘上彈性斷面模數 Sx 得到 Mn 後,求出設計彎矩 ΦMn,再推算最大均佈載重 wu。

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已知非支撐長度 $L_b = 7.5 \text{ m} = 750 \text{ cm}$。極限設計參數:$X_1 = 130$, $X_2 = 3.46$, $C_b = 1.75$, $r_T = 5.02 \text{ cm}$。

  1. 計算彈性側向扭轉挫曲 (LTB) 臨界應力 $F_{cr}$: 長細比 $L_b / r_T = 750 / 5.02 = 149.40$

小題 (一)

若簡支樑全段均有側向支撐,試求此鋼樑之設計撓曲強度為何?(單位:tf-m)

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全段有側向支撐代表非支撐長度 Lb=0,故無側向扭轉挫曲 (LTB) 問題,其標稱彎矩即為塑性彎矩 Mp。乘以彎矩強度折減係數 0.9 即為設計撓曲強度。

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全段具有側向支撐,非支撐長度 $L_b = 0$,不會發生側向扭轉挫曲 (LTB)。斷面為標準熱軋型鋼且滿足緊緻斷面條件。

  1. 計算標稱塑性彎矩 $M_p$: $M_n = M_p = F_y \times Z_x = 3.5 \text{ tf/cm}^2 \times 2900 \text{ cm}^3 = 10150 \text{ tf-cm} = 101.50 \text{ tf-m}$。

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