第八章（焊缝、螺栓连接）--钢结构习题参考解答

《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答 第八章：钢结构的连接

8.4 有一工字形钢梁，采用I50a（Q235钢），承受荷载如图8-83所示。F=125kN，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值ftw?205N/mm2，抗剪强度设计值fvw?120N/mm2。验算此焊缝受力时是否安全。

图8-83 习题8.4

解：

依题意知焊缝截面特性：

2343

A=119.25cm，Wx＝1858.9cm,Ix=46472cm,Sx=1084.1cm,截面高度h=50cm，截面宽度b=158mm，翼缘厚t=20mm，腹板厚tw=12.0mm。 假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S1=20×158×（250－10）

53

=7.584×10mm。

对接焊缝受力：V?F?125kN；M?F?2?250kN?m 焊缝应力验算：

M250?1062w2最大正应力：?? ??134.5N/mm?f?205N/mmtWx1858.9?103VSx125?103?1084.1?103最大剪应力：????24.3N/mm2?fvw?120N/mm2 4Ixtw46472?10?12折算应力：

?zs?(VSMh02?)?3(1)2?123.742?3?17.02?127.2N/mm2?ftw?205N/mm2 WxhIxtw故焊缝满足要求。

8.5 图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值ffw?160N/mm2。T=350kN，验算焊缝的受力。

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图8-84 习题8.5 图8-84-1 焊缝截面计算简图

解：

（注：焊缝上下翼缘长度114mm有些问题，应取l?2t?130?2?10?110mm，黄钜枝06年6月19日）

如图8-84-1，截面特性计算如下：

A?(114?2?52?4?288?2)?0.7hf?5667.2mm2 Aw?288?2?0.7hf?3225.6mm2

1288288If?[?2883?2?114?(?16)2?2?52?()?4]?0.7hf?7.913?107mm4

1222焊缝受力：

22T?247.5kN ；V?T?247.5kN； M?V?e?49.5kN?m 22应力验算：危险点为a、b两点，下面分别验算： 对a点： N?N?aN247.5?103???43.67N/mm2 A5667.2

M?aMya49.5?106?1602 ???100.09N/mm7If7.913?10NM?a??a?43.67?100.09?143.76N/mm2??fffw?195.2N/mm2

对b点：

V?bV247.5?103???76.73N/mm2 Aw3225.6NN?b??a?43.67N/mm2 M?bMyb49.5?106?1442 ???90.16N/mm7If7.913?102NM?b??b?90.16?43.67?V222w2()2??b????76.73?133.87N/mm?ff?160N/mm

?f1.22??故焊缝强度满足要求。

8.6 计算图8-85所示的工字形截面焊接梁在距支座5m拼接处的角焊缝。钢材为Q345钢，焊条为E50型，ffw?200N/mm2，F=200kN。问：（1）腹板拼接处是否满足要求？（2）确定翼缘拼接板焊缝脚尺寸和长度。

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图8-85 习题8.6

解：

（1）根据结构力学知识，拼接处受力：V?F?200kN，M?2200kN?m，其中剪力由腹板承担，弯矩由工字梁的翼缘和腹板 惯性矩的比值分配： Ix?13?12?142?01213?12?1420? Iw?12104?50??20?71mm219 410?0?10?1.22.?869mm104

图8-85-1 角焊缝计算简图

Iw2.86?109MW?M??2200?516.16kN?m 10Ix1.219?10Mf?M?Mw?1683.84kN?m

经过分析，拼接板左右两侧受剪力与弯矩作用，相比较而言，右侧拼接板焊缝受力更不利，

故以右侧拼接板焊缝验算。 计算焊缝截面特性：

162?22x2??16.2mm，x1?162?16.2?145.8mm

162?2?1300162?由对称性得：y1?y2?650mm

Ix?(162?6502?2?1?13003)?0.7?8?1.79?109mm4 1212Iy?{2?[?1623?162??81?16.2?]?1300?16.22}?0.7?8?1.35?107mm4

12If?Ix?Iy?1.80?109mm4

Af??2?162?1300??0.7?8?9094.4mm2

将剪力、弯矩移至焊缝形心得到焊缝受力：

V?200kN；M'w?516.16?200?0.1588?547.92kN?m

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焊缝验算：分析得A、B两点为危险点，下面分别验算： 对A点：

V200?103????11.0N/mm2(?)

2?Af9094.4Vay?MaxM'wy1547.92?106?650???98.9N/mm2(?) 92?If2?1.80?10M'wx1547.92?106?145.82???22.2N/mm(?) 92?If2?1.80?10?MayVM??ay??ay???f??M2??ax?102.6N/mm2?ffw?200N/mm2 ???MM?bx?98.9N/mm2(?) ?bx?2.5N/mm2(?)

2V对B点，同理可得：?by?11.0N/mm2(?) M??by????f2?MV2?????81.5N/mm2?ffw?200N/mm2 ???bxby??故焊缝强度满足要求。

1683.84?106??1169.3kN （2）翼缘受轴力：N?h1420?20对于角焊缝，一般要求hf?1.5t且hf?t?(1~2)，取hf?16mm 由2?0.7hflw?1169.3?10，计算得到：lw?261mm 故取lw?280mm（一侧）便可以满足要求。

8.7验算图8-86中桁架节点焊缝“A”是否满足要求，确定焊缝“B”、“C”的长度。已知焊缝A的角焊缝hf＝10mm，焊缝B、C的角焊缝hf=6mm。钢材为Q235钢。焊条用E43型，手工焊，ffw?160N/mm2。在不利组合下杆件力为N1=150kN，N2=489.41kN，N3=230kN，N4=14.1kN，N5=250kN。

3Mf 图8-86 习题8.7

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解：

焊缝A受力：V?N2?N1?339.41kN；M?V?e?339.41?0.225?76.37kN?m

M???2?1?0.7hf?lw312lw276.37?106?6?2902 ??97.2N/mm37?580V339.41?103????41.8N/mm2

2?0.7hf?lw2?7?580??????f2??97.2?2?????41.82?89.9N/mm2?ffw?160N/mm2 ????1.22??2故焊缝A的强度满足要求。

对于焊缝B： 肢背：

0.7N3?ffw?lw?119.8mm 取lw?130mm。

2?0.7hflw0.3N3?ffw?lw?51.3mm 取lw?60mm。

2?0.7hflw肢尖：

对于焊缝C： 肢背：

0.7N5?ffw?lw?130.2mm 取lw?140mm。

2?0.7hflw0.3N5?ffw?lw?55.8mm 取lw?65mm。

2?0.7hflw肢尖：

8.8验算图8-87所示的角焊缝是否安全。已知：钢材为Q345钢，焊条为E50型，手工焊，hf＝10mm，ffw?200N/mm2，F=160kN。

图8-87 习题8.8

解：

截面特性计算：

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