第三章连接课后习题参考答案docWord文件下载.docx
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钢板材料为Q345钢。
焊缝承受变化轴力作用（标准值），Nmax=+1600KN.Nmin=+240KN.试：
分别按《桥规》和《钢规》对于对接焊缝进行强度验算。
循环次数按2X10J焊缝等级为一级。
【解】由于对接焊缝承受变化轴力作用，必须先确定英疲劳容许应力，然后进行强度验算。
（一）按钢规验算
1
（1）疲劳验算：
该焊缝为2类，容许应力幅为：
[Ao-]=|£
Aw=lfhe=380x24=9120/mn1
=149J2^>
44^不满足疲劳强度要求。
（2）静力强度验算
（-）《桥规》
（1）疲劳容许应力訂。
验算构件为焊接，疲劳应力为拉一拉构件
最大应力为拉应力，连接属5.2类，相应容许应力为II类，[b°
]=121・7M/M
疲劳验算公式和—bmin）"
0]
q=l,r„=1,/；
=1（此三项系数均为假泄的一种情况，实际按规范表查）
△b=（K血一crmin）=142Mpa>
rt[crQ]=121IMpa.按桥规不满足疲劳强度要求。
I=-^x8x200'
+2xl00xl2x（100+6）2=3.23x10’也〃『VV=-^=2.88xl05w?
m3
xh/2
Swl=100x12x106=127200nun3
Sw=127200+100x8x50=167200mm3
>
=138・9川/〃〃沪
max=138.9+62.5=201.4.6N/m/n2<
ftw=265N/mm2
ir
max
呎200x10767200“29.4"
加；
JWON/〃亦
3.23x10*x8
b]=b
时+八13&
9x|g+62“186.5N曲2
心200x2“27200=98.5“加
⑴+3计=V186.52+3x98.52=lS3.1N/mm2<
\Aftw=29\.5N/mnr
2.3图中I32a牛腿用对接焊缝与柱连接。
钢材为Q235,焊条用E43型，手工焊，用II级焊缝的检验质量标准。
已知：
I32a的截而而积A=67.05cm2：
抵抗矩Wx=692.2cm2：
腹板截而而积Aw=25.4cm2ok:
S讦27.529・5mm°
试按照《钢规》和《桥规》（焊缝为一级）分别求F的最大值。
【解】对接焊缝所承受的内力为：
J2J2
/V=Fxcos45°
=—F；
^=Fxsin45°
=—F
22
M=520=10后
1.钢规f：
=2\5MPci；
fsw=125MPa
对接焊缝A点处弯曲应力最大，由
NM,八
F=694KN
得,3+皿
67.05
6922^15
中和轴处剪应力最大，T
得•3<
12.5
27.5x0.95
F=461.8KN
根据翼缘和腹板相交处折算应力应满足：
g+3r,2<
1.1/M得
N290、迂12匚10V2290厂nn9onAr
6=——+crxF+xF=0.02906F,
A32067.05692.2320
州・
s“=130x15X（160-7.5）=297.4cm5
卫/2Fx297.4=°
02f
11076x0.95
J（0.02906F『+3（0.02F）2<
1.1x21.5
得F=527KN按钢规F的最大值为461.8KN。
【按照桥规做为选作题】
1、桥规\o]=145MPa\r]=85MPa
NM
（J=——+——<
K4.氏
Q/2F十
<
8.5F=314KN
W+3r,<
l.l[crM]得
N290、◎/2厂10290厂nnoonAr
6=——+CFXF+X——F=0.02906F,
1人32067.05692.2320
SE=130x15x（160-7.5）=297.4c/?
?
5
=V2/2Fx297.4=0（）2F
/.a/（0.02906F）2+3（0.02F）2<
1.1x14.5
得F=352.8KN
按桥规F的最大值为314KN。
【解】1）设计拼接板
拼接板宽为450mm：
（连接的强度不小于被连接构件的强度）。
按等强度设汁原则，拼接板截而豪基材截面，取8mm。
拼接板而积2X8X（500-2x25）=7200mm>
12X5OO=6OOOmm2o
2）焊脚尺寸_
对手工焊，焊脚>
1.57^7=1.5、p=5.2mm,
1*<
1.2rnijn=1.2x8=9.6mm,取6mm。
3）侧焊缝计算
连接需要传递的内力N==6000x300=18（x）ooon
端焊缝可传递内力N]=2X1.22/?
c/wl/；
v
=2.44X0.7X6X450X160=738Kn
侧焊缝需传递内力“2=N—N|二512KN
则：
/Wie>
__—=512/（4X4.2X160）=190.5mmv60九=360mm
4・0・7h启
hmax=8^/=8x6=48〃"
"
符合规范规圧
实际侧焊缝长度Avi=Avir+5=195.5mm,取为200mm。
2.5图（尺寸单位:
mm）所示钢板牛腿用四条贴角焊缝连接在钢柱上（无引弧板儿钢材为
Q235,焊条E43型。
焊角尺寸角焊缝强度设计值为=\60MPa
试确左最大承载力Po
［解］Aw=4X0.7xl0X200=5600mm2:
Ww=4X0.7x10X200%=186666.7mm3:
V=P.M=P・0=1OOP：
亡=V/A^=P/5600
b,=A//W；
v=100P/186666.7=P/1866.7
<
=160Mpa
所以P<
\（^X160/47.4=337.55kN2.6一雨棚拉杆受力如图所示，通过钢板和预埋件用角焊缝连接，需要进行角焊缝连接的验算，已知焊缝承受的静态斜向力为N=200kN（设计值），角度a=45°
角焊缝的焊脚尺寸hf=10mm,焊缝计算长度lw=300mm^材为Q235-B.手工焊，焊条为E43型。
连接角焊缝是否满足设计要求？
N
V
习题3.6图
Vl=/Vsina=/V.sin45^200x^=141.4/:
/V
28.3xl06
M=^sinax0.2=^.sin45^0.2=200x^x0.2=28.3^
141.4x10
b=W^=2xl/6xO.7xlOx3OO2='
曲"
〃"
“
=34N/mm2
Aw2x0.7x10x300
（rN=—=—W"
—=34N/mm2如2x0.7x10x300
2.7试设计双角钢与节点板的角焊缝连接。
钢材为Q235—B,焊条为E43型，手工焊，作用着轴心力N=1000kN（设计值），分别采用三而围焊和两而侧焊进行设计。
r丁丁
2L125X10
1^t=12
【解】角焊缝强度设计值//=160N/〃"
2。
焊脚尺寸确泄：
最小打•：
11,>
1.57^=1.5V12=5.2mm
角钢肢尖处最大的:
hf<
gm—（1~2）=10-（1~2）=9~8mm
角钢肢背处最大町:
h{<
1.2rmin=1.2x10=12〃"
”
角钢肢尖和肢背都取hf=Smm。
⑴采用三而围焊
正面角焊缝承担的力为：
他=0.7h,Tl^j3,/；
'
=0.7x8x2x125x1.22x160=273280N=273.33
所以侧而角焊缝实际受力：
N\=a、N_NJ2=0.67xlOOO-273.3/2=533.4RN
N产a、N_NJ2=0.33x1000-273.3/2=193.35RN
所以所需侧焊缝的实际长度为:
N5334^IO3
人+旳=曲万5=2；
07x8x160+8=3°
6—取丽”
（同理：
若取巧则三而围焊时焊缝尺寸取肢背6-430,肢尖6-180；
两而侧焊时焊缝尺寸取肢背6-510,肢尖6-260）
2.8试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝①②③，钢材为Q235—B,焊条为E43型，手
最大/仃:
1.2/=1.2x12=\4Amm
取h/=Smm。
计算焊缝有效截而的形心位置：
_5.6x150x（200+12+2.8）+5.6x（150-12）x（200-2.8）+2x5.6x（^—^）2
y=二
5.6x150+5.6x（150-12）+2x5.6x（200-5.6）
=143.7mm
焊缝②③全部焊缝有效截而的惯性矩为：
111944.
I=2x—x5.6xl94.43+2x5.6x1944x（一-143.7）2
”122
+150x5・6x（200+12+2.8—143.7）2+5.6x（150-12）x（200-2.8-143.7）2
=18023011.3/7//?
/
故焊缝②顶端由于M引起的最大正应力为
空=98x10520+]2+56一i43.7248.2N/,加
Iw18023011.3
p,//=1.22x160=195.2^/mm2
焊缝③下端由于M引起的最大正应力和由于V引起的最大剪应力为
M”98x103x120—OQQV/2
=——-=x147.3=93.8N/mm
・I18023011.3
A//=1.22x160=195.2W/mm2
VS_98x103x5.6x（150x71.1+138x53.5+2x50.72/2）
18023011.3x2x5.6
=56.0/V/nmf<
f：
=i60N/mnr
牛腿翼缘与腹板交接处焊缝③有弯矩M引起的正应力和剪力V引起的剪应力的共同作用（假左剪力全部由腹板焊缝③承担并按近似汁算）：
=98x10_43.75N/〃〃/
2x200x5.6
合力为
（—）2+r2=（―）2+43.752=53AN/mm2<
//=\60N/mm2
\P,V1.22儿
⑵焊缝①的设计根据构造要求，取存=8〃曲，则焊缝①为端焊缝，受轴心力N与弯矩M作用。
N=F=98kNM=屁=98x20=1960的初？
焊缝①截而惯性矩为：
/=2x—x5.6x200-=741cm412
焊缝端部受正应力最大：
_NMy_98x10'
1960x10、100
一0.7/7T/*77一0.7x8x2x200+747xlO4
jHM
=70N/mm2<
=1.22x160=195.2N/mm2
满足要求。
2.9图所示牛腿，材料为Q235,焊条E43型，手工焊，三而用焊，焊脚尺寸与=10〃〃小承受静力荷载p=100/C/Vo试验算焊缝强度
gcro0.7x8ccrcf205+0.7x8?
500x0.7x8x+2x0.7x8x—
—09
y=：
=49.1nun
500x0.7x8+2x0.7x8x（205+0.7x8）
焊缝有效截面的惯性矩：
/vv=—x0.7x8x5OO3+2x0.7x8x（205+5.6）（250+2.8）2
=20907.40337c/h4
人、=0.7x8x500x（49.7-2.8）2+2x—x0.7x8x（205+5.6）3
12
+2x0.7x8x（205+5.6）（49.7）2=2216.8460&
亦
2
所以截而的极惯性矩：
J=I+Ix=23124・24943c〃『
e2=205+5.6-49.7=160.9〃〃〃
所以焊缝所受的扭矩为和剪力为
T=F（©
+勺）=（300+160.9）F=460.9F（W・mm）
V=F*N）
扭矩T在截而上A点产生的应力为
FxlO34
剪力V在截而上A点产生的应力为
6=何、.=5.6x（205+205+500）=）
所以A点的合力应满足:
=>
F<
2455kN
即该连接所能承受的最大荷载为245.5kNo
螺栓连接参考答案
1.普通螺栓、摩擦性型髙强度螺栓、承压型高强度螺栓受剪型连接的传力机理是什么？
【答】普通螺栓受剪型连接依靠栓杆抗剪和孔壁承压传力：
摩擦性型离强度螺栓受剪型连接
依靠板件间的摩擦力传力；
承压型高强度螺栓受剪型连接依靠栓杆抗剪和孔壁承压传力。
髙强螺栓预拉力设汁值是这样确龙的：
基于钢材的屈服强度，考虑材料的不均匀性，为防止预拉力的松弛而需要的超张拉以及拧紧螺栓扭矩产生的剪力等因素进行综合确左，oaog
即：
戸二二&
右厶&
。
5.螺栓群在扭矩作用下，在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假左条件下求得的？
【答】螺栓群在扭矩作用下，其内力计算基于下列假左：
⑴被连接板件为绝对刚性体：
⑵螺栓是弹性体：
⑶各螺栓绕螺栓群的形心旋转，使螺栓沿垂直于旋转半径r的方向受剪，各螺栓所受的剪力大小与r成正比。
8.螺栓的性能等级是如何表示的？
【答】螺栓的性能等级“m.n级”，小数点前的数字表示螺栓成品的抗拉强度不小于mX100N/mm：
小数点及小数点后的数字表示螺栓材料的屈强比一屈服点（高强螺栓取条件屈服点）与抗拉强度的比值。
3-1.试设计图的粗制螺栓连接。
F=\00kN（设计值），勺=30c〃？
■60_85.6（L
【解】：
（1）螺栓计算：
先布置好螺栓（如图所示），再进行验算。
选用2120普通螺栓，一个抗剪螺栓的承载力设计值为：
抗剪承载力设计值
皿nd1.hi3.14x20：
.A.....
N：
=n—/=1xxl40=44kN
承压承载力设讣值
疋=〃工#=20x10x305=613
N寫=N：
=44kN
螺栓受力计算：
螺栓受剪力V和扭矩T共同作用:
V=100/CV
T=100x（300+102.5）=40.253・m
最外螺栓受力最大，为
Nl=Tyx/（Ex；
+Zyr2）=40.25x200x103/[10x42.52+4x（1002+2002）]
=40.25x200x103/218062.5=36.9W
N,=m/（&
：
+Xy-）=40.25x42.5x10’/218062.5=7.8kN
=V/n=100/10=10W
故有：
N严J（N[）2+（N$+M；
）2=J36.b+（7.8+10）2=41MN<
血=44kN满足要求。
（2）钢板净截面强度验算
钢板截而1-1而积最小，而受力较大，应校核这一截面强度。
其几何参数为：
An=t（b一=10x（500-5x21.5）=3925nun2
In=10x5003/12-10x21.5x（1002+2002）x2=8266.7cw4
Wn=Z/r/25=330.7cm3
S=—x-=1x252/8=78.1cw324
钢板截而最外边缘正应力
o-=T/Wn=40.25x103/330.7=121JN!
nun2<
/=215TV/mm2
钢板截而靠近形心处的剪应力
=7.5N/nun2<
f=\25N/mm2
VS_100X78.1X102
T"
10xlx503/12
3—2・试设讣如图所示①角钢与连接板的螺栓连接，②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接,构件钢材为Q235-B,螺栓为粗制螺栓，并分别考虑支托是否受剪两种情况。
承压承载力设汁值
N【==22x14x305=93・9kN
in=N?
=93.93
所以连接所需螺栓数为
“=N/N：
in=350/93.9=3.7
取4个，连接构造如图所示。
②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接设计⑴假泄剪力V由支托承受，螺栓只受轴力N作用
7V=Feosa=247.53螺栓采用M22,取;
=8,按如图所示布巻，验算螺栓承载力。
一个螺栓的受拉承载力为
=A/=303.4x170=51.63
假泄螺栓受力为小偏心
愆=竺=里Zm=30.9kNvN；
，满足要求。
n8
⑵假左支托只在安装时起作用，则螺栓同时承受拉力和剪力作用
y=Fsin<
z=247.5W
一个螺栓的承载力设计值为
=nY竽=lx3-4^22--x140=53.2RN
=dDf：
=22x20x305=134.2kN
N'
；
=A/。
=303.4x170=51.6RN
螺栓布置同上，螺栓实际受力
Nv=U/n=247.5/8=30.9KN,N’=30.9kN
所以有Ny<
N[.
3-3.按摩擦型连接髙强度螺栓设汁题2中所要求的连接，并分别考虑①
dx=妁=170mm,®
dx=150/mz,J2=190mm。
【解】采用&
8级摩擦型髙强度螺栓M20,连接处构件接触而用喷砂处理。
所以有
“=0.45P=\25kN
⑴角钢与连接板的螺栓连接设计
一个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值
M'
=0.9/?
f“P=0.9X2X0.45x125=101.3册
“=N/Nf=350/101.3=3.45
⑵竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接设计
①〃I=d、=170〃“"
取“=8,螺栓布置同3.7题，验算螺栓承载力。
一个高强度螺栓的抗拉承载力为
疋=o.8P=O.8xl25=100RN
螺栓受剪力和轴心拉力作用：
N,=N/”=247.5/8=30.9册<
N：
按新规范：
N1；
=0.9/7,//P=0.9x1x0.45x125=50.625W
=v/n=247.5/8=30.9W
NN309309
肘市=航+而"
9咏1连接满足设计要求。
②〃］=150〃〃儿〃2=190〃?
〃?
螺栓布置同上。
螺栓受剪力.轴心拉力和弯矩作用。
M=Ne=247.5x20=4950/CV•wm
='
+2^=308+93=40n〃迟*
NN309401
按规忍寸+寸航+而十心①误差在5%以内，连接满足设计要求
3-4.牛腿用2L100X20（由大角钢截得）及M22摩擦型连接髙强度螺栓（10.9级）和柱相连，构件钢材Q235-B,接触而作喷砂处理，要求确龙连接角钢两个肢上的螺栓数目：
（摩擦型及）承压型设计两肢上的螺栓数目。
—
匪F=370KN
2020
习题3・4图
【解】①用摩擦型高强度螺栓
⑴抗剪螺栓设计：
取«
=5,螺栓布置如图所示。
//=0.45P=\90kN
〃”=0.9x2x0.45xl90=l53.9W
螺栓受力：
螺栓受剪力和扭矩共同作用：
V=3703T=370X（200-55）=5365OK7V〃劲
=Ty}/（Lv;
+）=53650xl60/2x（802+1602）=l34.1W
M：
=V/«
=370/5=74W
所以有+（N：
）2=Jl34.F+742=\532kN<
=153.9WN
满足要求
⑵抗剪拉螺栓设计：
螺栓受剪力和弯矩共同作用：
V=370W取〃=10,螺栓布置如图所示。
一个髙强度螺栓的
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