钢结构习题及参考答案
钢结构的连接 习题参考答案
1. 已知A3F钢板截面500mm20mm用对接直焊缝拼接,采用手工焊焊条E43型,用引弧板,按Ⅲ级焊缝质量检验,试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。
解:查附表1.2得:ftw185Nmm2
则钢板的最大承载力为:Nbtwftw500201851031850KN
2.焊接工字形截面梁,设一道拼接的对接焊缝,拼接处作用荷载设计值:弯矩M1122KNmm,剪力V374KN,钢材为Q235B,焊条为E43型,半自动焊,Ⅲ级检验标准,试验算该焊缝的强度。
解:查附表1.2得:ftw185Nmm2,fvw125Nmm2。
截面的几何特性计算如下: 惯性矩:
Ix
11
8100032280143280145072268206104mm4 1212
翼缘面积矩:Sx1280145071987440mm4 则翼缘顶最大正应力为:
Mh112210310282w2
满足要求。 0.215Nmmf185Nmmt4
Ix2268206102
腹板高度中部最大剪应力:
500
37410319874405008VSx22w252.07Nmmf125Nmmv
Ixtw2682061048
满足要求。
上翼缘和腹板交接处的正应力:1
500500
0.2150.208Nmm2 507507
VSx137410319874402
上翼缘和腹板交接处的剪应力:1 34.64Nmm4
Ixtw268206108
折算应力:
22
1310.2082334.64260.00Nmm21.1ftw203.5Nmm2
满足要求。
3. 试设计如图所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。钢材Q235B,焊条E43型,手工焊,轴心拉力设计值N500KN(静力荷载)。①采用侧焊缝;②采用三面围焊。
解:查附表1.2得:ffw160Nmm2
① 采用两边侧焊缝
因采用等肢角钢,则肢背和肢尖所分担的内力分别为:
N10.7N0.7500350KNN20.3N0.500150KN
肢背焊缝厚度取hf18mm,需要:
lw1
N1350103
19.53cmw2
20.7hf1ff20.70.816010
考虑焊口影响采用lw121cm ; 肢尖焊缝厚度取hf26mm,需要:
lw2
N215010311.16cm w2
20.7hf2ff20.70.616010
考虑焊口影响采用lw213cm。 ② 采用三面围焊缝
假设焊缝厚度一律取hf6mm,
N321.220.7hflw3ffw21.220.7690160148KN
N10.7N
N3N148148
350276KN,N20.3N35076KN 2222
每面肢背焊缝长度:
lw1
N127610320.54cm,取25
cm 20.7hfffw20.70.6160102
每面肢尖焊缝长度
lw2
N276103
5.65cm,取10cm w2
20.7hfff20.70.616010
4. 如图所示焊接连接,采用三面围焊,承受的轴心拉力设计值N1000KN。钢材为Q235B,焊条为E43型,试验算此连接焊缝是否满足要求。
解:查附表1.2得:ffw160Nmm2 正面焊缝承受的力 :
N12helw1fffw20.782001.22160103437KN
则侧面焊缝承受的力为:N2NN11000437563KN
N563103
则f114.25Nmm2ffw160Nmm2
4helw240.78220
满足要求。
5. 试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。已知N390KN(设计值),与焊缝之间的夹角60,钢材为A3,手工焊、焊条E43型。
解:查附表1.2得:ff160Nmm
w
2
NxNsin,NyNcos
NxNsin390103sin60f150.78Nmm2
Aw20.7hflw20.78200Ncos390103cos60f87.05Nmm2
Aw20.7hflw20.78200
2150.782f87.052151.17Nmm2ffw160Nmm2 1.222
Ny
f
f
满足要求。
6. 试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝①,②,③。钢材为Q235B,焊条E43型,手工焊。
解:查附表1.2得:f
wf
160Nmm
2
MFe9812011760KNmm
M1176057.09KN 故翼缘焊缝多承受的水平力为Hh206
设③号焊缝只承受剪力V,取hf38mm 故③号焊缝的强度为:
V98KN
V98103
f43.75Nmm2ffw160Nmm2满足要求。
2helw20.78200
设水平力H由①号焊缝和②号焊缝共同承担, 设②号焊缝长度为150mm, 取hf26mm 故②号焊缝的强度为:
H57.09103
f23.60Nmm2ffw160Nmm2
helw220.76150212满足要求。
7. 试求如图所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B,焊条E43型,手工焊,角焊缝焊
脚尺寸hf8mm,e130cm。
解:查附表1.2得:ffw160Nmm2
在偏心力F作用下,牛腿和柱搭接连接角围焊缝承受剪力V=F和扭矩T=Fe的共同作用。
Aw20.7hflw20.70.850220.51100.8cm2100.8102mm2
围焊缝有效截面形心O距竖焊缝距离:
20
2244.44cm x
0.70.82205050.4
20.70.820
两个围焊缝截面对形心的极惯性矩IpIxIy:
2
0.70.8503200.70.8350Ix220.70.82039668cm4
12122
0.70.820320
20.70.8204.44122 Iy284 284cm3
500.70.80.70.8504.44212
则IpIxIy39668284842516cm 围焊缝最大应力点A处各应力分量: vy
4
FF
0.000099F 2Aw100.810
50
1020.00027F
Tx
Feymax
Ip
F20.5304.44
42516104
Ty
FexmaxF20.5304.44204.441020.00017F 4
Ip4251610
vyTy
1.22
2wfTxf
2
2
F0.00017F
0.0000992
F160Nmm2 0.00027
1.22
0.00035F160Nmm2
则得 F458989N458.989KN
8. 如图所示两块钢板截面为18400,钢材A3F,承受轴心力设计值N1180KN,采用M22普通螺栓拼接,I类螺孔,试设计此连接。
解:查附表1.3得:螺栓fvb170Nmm2, fcb400Nmm2。 查附表1.1得:f205Nmm2。 每个螺栓抗剪和承压承载力设计值分别为: N
bvb
d2b2.221nvfv2170129.3KN
4410
b
c
Ncd
tf
2.21.8400
1
158.4KN 10
b
取Nm.3KN in129
故n
Nb
N
min
1180
9.1 取10个 129.3
拼接板每侧采用10个螺栓,排列如图所示。
验算钢板净截面强度:
N1180103
210Nmm2f205Nmm2
An4001842218
但应力在5%范围内,认为满足要求。
9. 如图所示的普通螺栓连接,材料为Q235钢,采用螺栓直径20mm,承受的荷载设计值
V240KN。试按下列条件验算此连接是否安全:1)假定支托不承受剪力;2)假定支托承
受剪力。
解:查附表1.3得:螺栓fvb140Nmm2, ftb170Nmm2,fcb305Nmm2。 1)假定支托只起安装作用,不承受剪力,螺栓同时承受拉力和剪力。 设螺栓群绕最下一排螺栓旋转。查表得M20螺栓Ae2.448cm2。 每个螺栓的抗剪和承压的承载力设计值分别为:
N
b
vbc
d2b2.021nvfv114043.98KN
4410
b
c
1
Ndtf2.01.830510109.8KN
1
N
Af2.4481701041.62KN
b
t
be
t
弯矩作用下螺栓所受的最大拉力:
My12400.1110230Nt28.29KNNtb41.62KN 2222
2yi2102030
剪力作用下每个螺栓所受的平均剪力: Nv
V24030KNNcb109.8KN n8
剪力和拉力共同作用下:
NvNt3028.29bb0.9631 可靠 NN43.9841.62vt
22
22
2)假定剪力由支托承担,螺栓只承受弯矩作用。
My12400.1110230b
Nt28.29KNN41.62KN t2222
2yi2102030
支托和柱翼缘的连接角焊缝计算,采用hf10mm,(偏于安全地略去端焊缝强度提
高系数1.22),
1.35V1.35240103 132.24Nmm2160Nmm2满足要求。
helw0.71018052
10. 某双盖板高强度螺栓摩擦型连接如图所示。构件材料为Q345钢,螺栓采用M20,强度等级为8.8级,接触面喷砂处理。试确定此连接所能承受的最大拉力N。
解:查附表1.1得:f295Nmm2 查表3-9和3-10得:,P125KN,0.50
b一个螺栓的抗剪承载力:Nv0.9nfP0.920.50125112.5KN b故N
nNv10112.5112.5KN
净截面验算:
Antbn1d02.02122.233.2cm2 NN0.5
N1125
n111250.521012.5KN n10
N1012.510322
n不满足要求。 305Nmmf295Nmm2
An33.210
故应按钢板的抗拉强度设计。
NfAn29510333.2102979.4KN
则N
Nn
10.51
n
979.42
10.5
10
1088.22KN