钢结构设计原理 张耀春版课后习题答案

《钢结构设计原理》作业标答

3. 连接

3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。轴力拉力设计值N=1500kN，钢材Q345-A，焊条E50型，手工焊，焊缝质量三级。 三级焊缝

查附表1.3：ftw?265N/mm2，fvw?180N/mm2 不采用引弧板：lw?b?2t?500?2?10?480mm

10500解：

NNN1500?103????312.5N/mm2?ftw?265N/mm2，不可。

lwt480?10改用斜对接焊缝：

方法一：按规范取θ=56°，斜缝长度：

??(b/sin?)?2t?(500/sin56?)?20?(500/0.829)?20?583mm lwNsin?1500?103?0.829????213N/mm2?ftw?265N/mm2

?tlw583?10Ncos?1500?103?0.559????144N/mm2?fvw?180N/mm2

?tlw583?10设计满足要求。

方法二：以θ作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解方便些。

3.9 条件同习题3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。 解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。 查附表1.3：ffw?200N/mm2

试选盖板钢材Q345-A，E50型焊条，手工焊。设盖板宽b=460mm，为保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。所需盖板厚度：A500?10t2?1??5.4mm，取t2=6mm

2b2?460由于被连接板件较薄t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽b不宜大于190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于14mm。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采用三面围焊。

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1) 确定焊脚尺寸

最大焊脚尺寸：t?6mm，hfmax?tmm

最小焊脚尺寸：hfmin?1.5t?1.5?10?4.7mm 取焊脚尺寸hf=6mm

2）焊接设计：

正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：

N3?2?0.7hfb?fffw?2?0.7?6?460?1.22?200?942816N

侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值： N1?N?N3?1500?103?942816?557184N

所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有4条侧缝）：

l?lw?hf?N1557184?h??6?172mmfw4?0.7?6?2004?0.7hfff 175取侧面焊缝实际长度175mm，则所需盖板长度： L=175×2+10(盖板距离)=360mm。

∴此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360×460×6mm，焊脚尺寸hf=6mm

101756205006L200×125×18NN3.10. 有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连。如图所示，钢材为Q345-A，焊条为E50型，手工焊，试确定焊缝厚度（焊缝有绕角，焊缝长度可以不减去2hf）。已知：外力设计值N=400kN。 解：

200已知：lw=200mm，N=400kN，ffw?200N/mm2 1） 内力计算

剪力：V?N?400kN

弯矩：M?Ne?400?20?8000kN.mm 2）焊脚尺寸设计

6M6?8000?1036002?f???N/mm2弯矩引起的焊缝应力： he2helw2?2002?he2

10V400?1031000?f???N/mm2剪力产生的焊缝剪应力： he2helw2?200?he??f????所需焊脚尺寸：?f2?600??1000??2w2??????????f?200N/mmff??1.22h??h? e????e?2222?600??1000?hhe???????5.57mmhf?e?5.57?7.79mm ?1.22?200??200?0.70.7取焊脚尺寸hf=8mm 焊缝构造要求：

最大焊脚尺寸：hfmax?t?(1?2)?18?(1?2)?17?16mm 最小焊脚尺寸：hfmin?1.5t?1.5?20?6.7mm

取hf=8mm满足焊缝构造要求。

3.11 试设计如图（P114习题3.11）所示牛腿与柱的角焊缝连接。钢材Q235-B，焊条E43型，手工焊，外力设计值N=98kN，（静力荷载），偏心e=120mm。（注意力N对水平焊缝也有偏心）

解：查附表1.3：ffw?160N/mm2 1） 初选焊脚尺寸

最大焊脚尺寸：hfmax?1.2t?1.2?12?14.4mm 最小焊脚尺寸：hfmin?1.5t?1.5?12?5.2mm 取hf=6mm满足焊缝构造要求。 2） 焊缝截面几何性质

焊缝截面形心距腹板下边缘的距离yc

15012yc123

200?hf?hf???200?2hf?150?12??(150?2h)?12?200??2??h?200??2?(200?2h)????????fff?2222???????yc?????150?12?(150?2h)?2??h?2?(200?2h)??fff?hf?2??????150?12??200?12??????(150?12)?12?200?3?2??6?200?3?2?(200?12)???????6?22??????????150?12?(150?12)?2??6?2?(200?12)?????62?????139mm????hf??全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：

?150?12?Ix?4.2?(150?12)?(2.1?12?61)2?2?4.2???6??(61?2.1)2?2??2?4.2?188?1883

?2?4.2?188?(139?94)2?12954006mm4123） 焊缝截面验算

弯矩：M?Ne?98?120?11760kN?mm 考虑弯矩由全部焊缝承担

M11760?103?(61?12?4.2)?f???70N/mm2弯矩引起翼缘边缘处的应力：Wf112954006 M11760?103?139?f???126N/mm2弯矩引起腹板边缘处的应力：Wf212954006 剪力由腹板承担，剪力在腹板焊缝中产生的剪应力：

V98?103?f???62N/mm2?helw2?0.7?6?188 则腹板下边缘处的应力：

22??f?????f??126?222w2?????62?120N/mm?f?160N/mm??ff??1.22??

所设焊脚尺寸满足要求。

所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取hf=6mm,。

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3.13 如图（P115习题3.13）所示梁与柱的连接中，钢材为Q235-B，弯矩设计值M=100kN.m，剪力V=600kN，试完成下列设计和验算：

1）剪力V由支托焊缝承受，焊条采用E43型，手工焊，求焊缝A的高度hf 2）弯矩M由普通螺栓承受，螺栓直径24mm，验算螺栓是否满足要求。 解：ffw?160N/mm2ftb?170N/mm2Ae?353mm2

,，1） 支托焊脚尺寸计算

支托采用三面围焊，且有绕角焊缝，不计焊缝起落弧的不利影响，同时考虑剪力传力偏心和传力不均匀等的影响，焊缝计算通常取竖向剪力的1.2~1.3倍。 正面角焊缝能承受的力：N2?heb?fffw?300?1.22?160he?58560heN 侧面角焊缝能承受的力：N1?2helwffw?2?250?160he?80000heN

取1.3V?N1?N2

1.3?600?103he5.63h??5.63mm，则h???8.04mmf所需焊脚尺寸：e58560?800000.70.7

取hf=10mm 2） 拉力螺栓验算：

单个螺栓抗拉承载力设计值：Ntbe?Aeftb?353?170?60010Ne弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力：

My1100?106?600N1???40000N?Ntb?60010N222222?yi2?(600?500?300?200?100)

满足。

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