钢结构设计原理张耀春版课后习题答案.docx
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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。
解：
三级焊缝
查附表1.3：
f/265N/mm2,
N1500103312.5N/mm2
lwt48010
改用斜对接焊缝：
方法一：
按规范取（）二56。
斜缝长度:
L（b/sin）
2t（500/sin56）20（500/0.829）20583mm
Nsin
1500103
0.829213N/mm2
f；
265N/mm2
Lt
583
10
Ncos
1500103
0.559144N/mm2
fvw
180N/mm2
Lt
583
10
设计满足要求。
方法二：
以（）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：
ff200N/mm"
试选盖板钢材Q345-A,E50型焊条，手工焊。
设盖板宽b二460mm,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：
~3ooro
t2
2b
5.4mm，取t2=6mm
2460
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，先采用三而围焊。
1
最小焊脚尺寸：
hfmin1.5-^/t1.54.7mm
取焊脚尺寸hf=6mm
2）焊接设计：
正而角焊缝承担的轴心拉力设计值:
N320.7hfbff/20.764601.22200942816N
侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N】NN31500103942816557184N
1）内力计算
400kN
L200X125X18
2）焊脚尺寸设计
6M
68000103
600N/mm2
弯矩引起的焊缝应力：
2hel；
22002he
2
剪力产生的焊缝剪应力:
所需焊脚尺寸:
If
—2
I
2
2
*
600
1000
he
1.22200
200
取焊脚尺寸hf=8mm
焊缝构造要求：
最大焊脚尺寸：
hf
max
ty
最小焊脚尺寸：
hf
min
1.5t
取hf=8mm满足焊缝构造要求。
Q
―2
ff200N/mm:
600
1000
f
1.22he
h€
he
5.57
5.57mmhf
7.79mm
0.7
0.7
2）严1
2）17
16mm
1.520
6.7mm
10010：
LQQ£）N/mm"
2h丄2200hehe
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二120mm。
（注意力N对水平焊缝也有偏心）
解：
查附表1.3：
h
160N/mm2
1）初选焊脚尺寸
最大焊脚尺寸：
max
1.21.212J_14.4
hf
/厂
mm
hfmin
1.5t1.5125.2
最小焊脚尺寸：
mm
f
取h=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
IX
002
（1502hJ12
hf
15012
hf
hf
2002
（200
2hf）
2002hf
200
r\
2
2
2
2
Ye
150
12
（150
2hf）
2
hf2（200
2hf）hf
2
6
^3——
3W
-i3—
（15012）1220032
6
20032
（200
12）
2
2
15012
（15012）
2
2
62（200
12）
6
139mm
全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：
T4°（1口“"、
（2.11261）
22
4.215012
6（612.I）2
丄:
•：
a•1丄0UJLn）
2
24.21881883
24.2188（139
94）212954006mm1
12
3）焊缝截而验算
哋MNe98120
11760kNmm
考虑弯矩由全部焊缝承担
弯矩引起翼缘边缘处的应力：
f
M
11760103
（61
124.2）70N/mm2
Tfl
12954006
弯矩引起腹板边缘处的应力：
f
M
11760103
139
126N/mm2
Tf2
12954006
剪力甫腹板承担，勢力在腹板焊缝中产生的剪应力:
V98103
f62N/mm
|~hT20.f6188
Y则腹板下边缘处弘力：
22
120N/mm2f/160N/mm_
hf=6mm,。
ff126622
2
f1.22
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
Q235-B,弯矩设计值
3.13如图（P115习题3.13）所示梁与柱的连接中，钢材为
M二lOOkN.m剪力V=600kN,
1）剪力V由支托焊缝承受,
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。
160N/mm217ON/mm"
.Ae353mnT
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
取1.3VN】N2
取hf=10mm2）拉力螺栓验算:
单个螺栓抗拉承载力设计值：
Nte弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力:
Af丄ete
353
17060010N
NiMy】
9
Yi_
100106600
2（60025002300220021002）
40000NN?
60010N
满足。
3・14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度,
C级螺栓\120，所用钢材为Q235B,若改用
M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接（摩擦而仅用钢丝刷清除浮锈）其承载力有何差别?
解:
1-采用普通螺栓连接
b
查表：
fv
140N/mm
2b
170N/mm.fc
305N/mm
Ae245mm
1）内力计算
2
剪力:
Nsin45
150
0.707106.07kN
拉力:
Ncos45
150
0.707106.07kN
2）螺栓强度验算
单个螺栓受剪承载力:
b
Nv
d2
b
fv1
202
3.14
4
14043960N二43.96kN
单个螺栓承压承载力:
tdfc
1620
30597600N=97.6kN
单个螺栓受拉承载力:
AefA
245170
41650N41.65kN
每个螺栓承受均匀剪力丙
螺栓最大剪力（拉力）
2排2列:
Nv
N
22
2
26.5
106
nj7=26T5kN
4
2
26.5
拉-剪共同作用时:
0.881
Nv26.5kNN?
43.96
41.65
97.6kX
满足。
2.改用高强度螺栓摩擦型连接
查表3.5.28.8级M20
单个螺栓受剪承载力设计值1
高强螺栓预拉力P=125kX,
Rb0.9nfP0.91
摩擦而仅用钢丝刷清除浮锈u=0.3
0.312533.75kN
单个螺栓受拉承载力设计值：
拉-剪共同作用：
丹汕
N?
N?
Ntbe0.8P0.8125lOOkN
26.526.51.051
33.75100
连接不满足要求。
3・15・如图所示螺栓连接采用
Fmax值o
解：
查附表1・3：
6
FT。
口丄口」—L“IIIII
6
0
6
0
2
4
查附表1.1:
f
205N/mm
2
1
假设螺栓孔直径do
=21.5mm
2
fvl40N/mm
305N/mm
1
t=20mm
单个螺栓受剪承载力:
单个螺栓承压承载力：
N?
nvd2f?
23.1420214087920287.92kN
44
tdf?
2020305122000N二122kN
此螺栓连接最大能承受的轴力设计值：
连接板件净截而面积A1（直线）：
处
净截面面积A2（折线）：
A220（2
构件截面最大能承受的轴力设计值：
所以此连接最大能承受的轴力设计值
maxnN,
t（b3do）2O
1387.921143kN
（320321.5）5110mm2
404
602
602
521.5）6238mm2
Fmax
Aif
5110
2051048kN
Fmax=1048kNo
3.16.如上题中将C级螺栓改为M20的10.9级高强度螺栓,
求此连接最大能承受的
Fmax
值。
要求按摩擦型连接和承压型连接分别计算（钢板表而仅用钢丝清理浮锈）
解：
查表3.5.210.9级M20高强螺栓预拉力
P=155kX,摩擦而仅用钢丝刷清除浮锈
査附表1.3高强度螺栓承压型连接:
fv
2
310N/mm,fc
b2
470N/mm
1）摩擦型连接
单个螺栓受剪承载力设计值:
0.9n£
0.920.3
15583.7kN
螺栓连接最大能承受的Fmax值：
卩论
1383.71088kN
构件截而最大能承受的轴力设计值:
F^/d0・5m/n）1048/（1
0.53/13）
1184kN
此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的
Fmax=1088kNo
2）承压型连接
单个螺栓受剪承载力设计值
（受剪面不在螺纹处）：
b
Nvflv
d2b
—fv23.14
4
202
—310194680N二194.68kN
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