钢结构(第三版)戴国欣主编__课后习题答案

第三章 钢结构的连接

3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。

解：（1）三面围焊 ff 160N/mm 1 确定焊脚尺寸：

hf,max 1.2tmin 1.2 10 12mm，

hf,min 5.2mm， hf 8mm

w

2

23

2

13

内力分配：

N3 f 0.7hf b ff 1.22 2 0.7 8 125 160 273280N 273.28KN

N2 2N N1 1N

N32

N32

1323

1000 1000

273.282273.282

196.69KN 530.03KN

w

焊缝长度计算： lw1

N1

530.032 0.7 8 160

296mm，

0.7h

f

f

wf

1 296 8 304mm 60hf 60 8 480mm，取310mm。 则实际焊缝长度为 lw

lw2

N2

0.7h

f

f

wf

196.692 0.7 8 160

110mm，

2 110 8 118mm 60hf 60 8 480mm，取120mm。 则实际焊缝长度为 lw

（2）两面侧焊

确定焊脚尺寸：同上，取hf1 8mm， hf2 6mm 内力分配：N2 2N 焊缝长度计算： lw1

N1

6672 0.7 8 160

372mm，

13

1000 333KN， N1 1N

23

1000 667KN

0.7hf ff

w

则实际焊缝长度为:

1 372 8 2 388mm 60hf 60 8 480mmlw

，390mm。

lw2

N2

0.7h

f

f

w

f

3332 0.7 6 160

248mm，

则实际焊缝长度为:

1 248 6 2 260mm 60hf 60 8 480mm，取260mm。 lw

3.2 试求图3.81所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸hf 8mm，e1 30cm。

焊脚尺寸：hf 8mm

2

焊缝截面的形心：x0 45.6mm

511.2 5.6 2 205 5.6

205 5.6

205

则e2 205

5.62

45.6 162.2mm

（1）内力分析：V=F， T F (e1 e2) F (300 162.2) 462.2F （2）焊缝截面参数计算：

IX

112

5.6 511.2 2 205 5.6 (250 2.8) 2.09 10mm

23

2

8

4

Iy 5.6 511.2 45.6 2 205 5.6 (162.2

2052

) 1.41 10mm

274

Ip Ix Iy 2.231 10mm

84

hl

ew

511.2 5.6 2 205 5.6 5158.72mm

2

（3）应力计算 T引起的应力： Tx

T ryIP

462.2F 255.62.231 10

8

5.295 10

4

F

Ty

T rxIP

462.2F 166.22.231 10

8

3.360 10

4

F

V引起的应力： Vy

V

hl

F5158.72

1.938 10

4

F

ew

（4

160

10

4

4

F 160

6.85 10F 160

F 233577N 233.58KN

3.3 试设计如图3.82所示牛腿与柱的连接角焊缝①、②、③。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。

（1）内力分析：V=F=98KN， M F e 98 0.12 11.76KN m （2）焊缝截面参数计算：取hf 10mm 焊缝截面的形心：

150 7 3.5 2 69 7 (7 12 3.5) 2 193 7 (y1

150 7 2 69 7 2 193 7

193 7 12 7)

75.5mm

y2 7 12 7 193 75.5 143.5mm

IX

2

1193 223

150 7 (75.5 3.5) 2 69 7 (75.5 7 12 3.5) 7 193 193 7 143.5

122

7

4

2.25 10mm

（3）应力计算 M引起的应力：

f,max

M y2

Ix

11.76 10 143.5

2.25 10

3

7

6

74.96N/mm

2

V引起的应力：

f

V

hl

98 10

ew

2 7 193

36.27N/mm

2

（4

71.35N/mm ff 160N/mm

2w2

3.4 习题3.3的连接中，如将焊缝②及焊缝③改为对接焊缝（按三级质量标准检验），试求该

连接的最大荷载。

（1）内力分析：V=F， M F e F 0.12 0.12F(KN/m) （2）焊缝截面参数计算：

y1

150 12 6 200 12 112

150 12 200 12

66.6mm

y2 212 66.6 145.4mm IX

112

12 200 150 12 (66.6 6) 200 12 (145.4 100) 1.956 10mm

3

2

2

7

4

（3）应力计算 M引起的应力： max

M y2

Ix

0.12F 10 145.4

1.956 10

76

0.892F(N/mm)

2

V引起的应力：

（4

） eq1

VA

F 10

3

200 12

0.417F(N/mm)

2

1.1ft

w

2

w

1.148F 1.1ft 1.1 185 203.5(N/mm)

F 177.3KN

3.5 焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图3.83），拼接处作用有弯矩

M 1122kN.m，剪力V=374KN，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验

标准，试验算该焊缝的强度。

（1）内力分析：V=374KN， M 1122kN.m （2）焊缝截面参数计算：

Ix

112

8 1000

3

2 280 14 507

2

2.68 10mm

4

94

Sw 280 14 507 500 8 250 2987440mm Sw1 280 14 507 1987440mm

4

（3）应力计算 max

VSwIxtw

374 10 2987440

2.68 10 8

9

3

52.1N/mm fv 125N/mm

2w2

腹板和翼缘交接处： 1

M y1

IxVSw1Ixtw

1122 10 500

2.68 10

3

96

209.3N/mm

2

1

374 10 1987440

2.68 10 8

9

34.7N/mm

2

折算应力：

217.8N/mm 1.1ft 1.1 185 204N/mm

2w2

不满足

3.6 试设计图3.81的粗制螺栓连接，F=100KN(设计值)，e1 30cm。

（1）内力分析：V=100KN， e1 300 （2）参数计算：

单个螺栓抗剪承载力（M22） N

bv

2052

402.5mm，

T V e 100 0.4025 40.25KN m

nv

d4

2

f

bv

1

224

2

140 53.2KN，

Nt d tmin fc 20 8 305 67.1KN

Nmin min Nv,Nc 53.2KN

b

b

b

bb

x

2i

yi 164000mm

22

（3）内力计算 T引起的应力：N1Tx

T y1

40.25 10 160

16400040.25 10 60

164000

66

x x

Vn

2i

y

2i

39.26KN

N1Ty

T x1

2i

y

2i

14.73KN

V引起的应力：N1Vy （4

）N1

10010

10KN

46.4KN Nmin 53.2KN

b

3.7 试设计如图3.84所示：构件①角钢与连接板的螺栓连接；

Q235B，螺栓为粗制螺栓。

②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。d1 d2 170mm。

③竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。d1 150mm，d2 190mm。

①角钢与连接板的螺栓连接； 单个螺栓抗剪承载力（M20） N

bv

nv

d4

2

f

bv

2

204

2

140 87.9KN

Nt d tmin fc 20 14 305 85.4KN

bbb

Nmin min Nv,Nc 85.4KN

bb

螺栓个数 n

NNm

bin

35085.4

。 4.1个，取5个螺栓，按规范规定间距排列（图省略）

②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。d1 d2 170mm。

2

2

内力分析

N Nx N

350

247.5KN

V Ny N

2

350

2

247.5KN，由支托承担。

2

单个螺栓抗拉承载力（M20，Ae 2.45cm）

Nt Ae ft 245 170 41.65KN

bb

螺栓个数 n

NN

bt

247.541.65

5.9个，取6个螺栓，排2排，按规范规定间距排列（图省略）。

③竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接

。

d1 150mm，d2 190mm。

2

2

N Nx N

350 247.5KN，

M Nx e 247.5 0.020 4.95KN

m

V Ny N

2

350

2

247.5KN，由支托承担。

3

6

N1

Nn

M y1

yi

2

247.5 10

8

4.95 10 1204 (120 40)

2

2

40.22KN Nt 41.65KN

b

3.8 按摩擦型连接高强度螺栓设计习题3.7中所要求的连接（取消承托板），且分别考虑：① d1 d2 170mm；②d1 150mm，d2 190mm。螺栓强度级别及接触面处理方式自选。

b

Q235钢，喷砂处理，M20，8.8级，P=125KN，µ=0.45，Nt 0.8P 0.8 125 100KN

①d1 d2 170mm

N 247.5KN， V 247.K5N

一个螺栓承担的拉力

Nt1 Nti

Nn 247.510

24.75KN Nt 100KN

b

N

i

t

247.5KN

V 247.5KN 0.9nf (nP 1.25 Nti) 0.9 1 0.45 (10 125 1.25 247.5) 381.0KN

②d1 150mm，d2 190mm

N 247.5KN， V 247.K5N， M Nx e 247.5 0.02 0

4K.N95 m

一个螺栓的最大拉力

N1

Nn

M y1m yi

2

247.5 10

10

3

4.95 10 1604 (160 80)

2

2

6

b

30.94KN Nt 100KN

N2 27.85KN N3 24.75KN

N4 21.65KN N5 18.56KN

N

i

247.5KN

V 247.5KN 0.9nf (nP 1.25 Nti) 0.9 1 0.45 (10 125 1.25 247.5) 381.0KN

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