例题59.docx

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例题59

例1：

一块－400×20的钢板用两块拼接板－400×12进行拼接。

螺栓孔径22mm，排列如图。

钢板轴心受拉，N＝1350KN（设计值）。

钢材为Q235钢，请问：

（1）钢板1－1截面的强度够否？

（2）是否还需要验算2－2截面的强度？

假定N力在13个螺栓中平均分配，2－2截面应如何验算？

（3）拼接板的强度是否需要验算？

解：

钢材为Q235，f=215N/mm2

（1）    1－1截面钢板的

所以1－1截面钢板强度足够。

（2）    需要验算2－2截面强度，因为2－2的An小于1－1。

假定N在13个螺栓中平均分配，则2－2截面传递的拉力N’为：

2－2截面的

，足够。

（3）    两块拼接板厚度之和大于原钢板厚，所以钢板抗拉强度足够，拼接板就无需验算。

例2：

一实腹式轴心受压柱，承受轴压力3500kN（设计值），计算长度l0x=10m，l0y=5m，截面为焊接组合工字型，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235，容许长细比

。

要求：

（1）验算整体稳定性

（2）验算局部稳定性

解：

（1）    验算整体稳定性：

A=400

20

2+400

10=2

104mm2

对x轴为b类截面，对y轴为c类截面，查表：

，如果承受静力荷载，材料为镇静钢，则在允许范围之内。

（2）验算局部稳定

a.翼缘

b.腹板

局部稳定均满足。

例1：

验算图示端弯矩（计算值）作用情况下压弯构件的承载力是否满足要求。

构件为普通热轧工字钢I10，Q235AF，假定图示侧向支承保证不发生弯扭屈曲。

I字形截面的特性：

A=14.3cm3，Wx=49cm3，ix=4.14cm。

解：

热轧工字钢截面对x轴属于a类。

因而，当

时，得

。

由平面内稳定计算公式：

由截面强度计算公式：

因为平面外稳定通过侧向支承得到保证，所以本题承载力由强度、平面内稳定计算均满足要求。

例2：

验算图示构件的稳定性。

材料为Q235F，f=215N/mm2，梁中间有一侧向支撑点。

已知构件截面参数：

A=21.27cm3，Ix=267cm4，ix=3.54cm，iy=2.88cm。

解：

，属于b类截面，查表得：

，按b类截面，查表得：

查表：

，

，

，

（1）验算弯矩作用平面内的稳定性

例1：

试设计钢屋架上弦节点并画出构造草图。

（图）

注：

1.上弦节点有集中力作用，即有檩条。

2.本题要求如下：

①     构造草图。

②     标出尺寸线，具体尺寸如能标出的应标出，不能标出的可不标出，但应画出尺寸线（具体数字不填）。

解：

节点（图） 

焊缝①

假定肢背肢尖皆用满足构造要求的焊脚尺寸hf：

肢背焊缝长

要求（l-10）不小于8hf和40mm，不大于60hf。

肢尖焊缝长

要求满足上述的构造要求。

焊缝②计算方法与焊缝①相同，仅用N3代替N4。

按上述计算结果围节点板，得上弦与节点板的焊缝长度：

a1+a2，验算其承载力：

因

肢背塞焊缝要求：

式中：

t——节点板厚度。

肢尖焊缝要求：

式中：

，

。

例2：

已知：

下弦轴力N1=800kN，钢材Q235F，f=215N/mm2，

，下弦角钢为2L140x90x10，与节点板间焊缝长可达240mm。

试设计梯形屋架下弦跨中拼接节点（节点板尺寸和腹杆与节点板间焊缝可不设计）。

解：

（1）拼接角钢长度l

拼接角钢与下弦的连接焊缝长度lw：

因角钢厚度为10mm，取焊脚尺寸hf=8mm，

取l=600mm

（2）下弦角钢与节点板间焊缝承载力验算：

下弦杆短肢相并

焊缝长lw1=240mm，取hf=8mm，则

焊缝承载力满足要求。

（2）验算弯矩作用平面外的稳定性

所以该截面在弯矩作用平面内、平面外的稳定性都能满足。

例1：

根据图示结构连接形式，回答钢结构设计中须解决的下列问题：

（a）方管柱与膈板的焊接顺序如何？

各条焊缝用什么方法焊接？

答：

顺序为：

焊缝（8）用电渣焊（在方管柱全部合龙后才能焊），其余焊缝用坡口对接焊（熔透），以使膈板可以直接传递梁翼缘传来的拉、压力。

（b）焊缝（9）、（10）和（11）、（12）在施工程序及方法上有何区别？

为何在该处腹板上要开圆弧形孔？

答：

焊缝（9）、（10）为工厂焊，可用CO2气体保护焊，效率高、质量好。

焊缝（11）、（12）为工地焊，有风时气保焊不易保证质量，用手工焊。

（9）、（12）焊缝处腹板开孔，这是为了避免焊缝交叉，提高节点抗震时的延性。

（10）、（11）焊缝处腹板开孔需大些，除了同（9）、（12）的原因外，还可以利于（10）、（11）焊缝的连续施焊，减少焊接缺陷。

（c）焊缝（13）、（14）各采用什么方法施工为宜？

答：

焊缝（13）、（14）均在工厂施工，（13）应用埋弧自动焊，（14）可用CO2气体保护焊，若梁高较小时，（14）也可以用手工焊。

例2：

网架钢结构中采用螺栓球节点（45＃钢）连接。

当杆件交角较小而杆件直径较大时，为避免杆端相互干扰，球节点就要放大，较浪费材料。

为了节约钢材，可采用什么方法解决杆端干扰问题？

在这样做时为保证工程质量，设计应提出什么工艺要求？

答：

为了节约材料，可采用螺栓水雷球节点，即在螺栓球与杆件连接的方向焊接像水雷触角一样的连接杆，在上钻孔攻螺纹，与杆件连接。

由于螺栓球为45＃钢，用一般方法焊接会产生裂缝，因而设计应提出预先按45＃钢焊接标准进行焊接工艺试验，然后严格按规定的焊接工艺焊接。

例3：

对于常见的现场主体卧倒焊接成型然后整体起扳安装的石油化工塔，处于强腐蚀环境下，若要长效防腐蚀，设计上用何种方法为宜？

对这种安装方式，结构设计中还要注意什么问题？

答：

对于现场整体焊接整体起扳的石化塔，可在整体焊接成形后用热喷铝复合涂层的方法作长效防腐蚀。

因为此种方法对构件的形状大小均无限制，也可在现场施工。

对这种安装方式，结构设计应考虑起扳时塔受的轴向压力（由钢索产生）与自重弯矩（不同于使用状态），以及转动处塔脚铰支座的处理。

例4：

大型管桁架结构设计中拟采用φ630/16的大口径无缝钢管。

但根据结构用无缝钢管国标GB8162-87，壁厚为4～16的热扩管的壁厚允许偏差-12.5％～+15％。

问设计能否采用？

是否有更好的材料代用？

答：

即使材料达到GB8162-87规定要求，钢管也不能满足钢结构设计的安全度要求。

因而不能采用φ630/16热扩无缝钢管。

可代之以φ630/16焊接管。

因为管桁架以受轴力为主，钢管的纵向焊缝受力很小。

而焊接管的截面及弯曲度的允许偏差均很小，可以满足结构安全度的要求。

采用焊接管后，要注意纵向焊缝与横向焊缝不能形成十字形交叉，以免造成焊缝脆性。

例5：

大跨度梯形钢屋架在起扳、吊装过程要注意什么问题？

采取什么措施？

答：

（1）大跨度梯形钢屋架一般平面外刚度很小。

在吊装时一般是双吊点起吊。

若钢索与上弦夹角较小，则会给屋架施加较大的平面内压力。

容易引起屋架平面外失稳。

因而要做适当侧向刚度加固。

（2）屋架起扳时平面抗扭能力很弱，若两根钢索提升速度有差异，则会使屋架受扭，应避免屋架受扭而产生永久变形。

（3）屋架吊装就位后，其侧向支撑体系尚未形成，应用系杆支撑或加缆风形成可靠的侧向支撑体系后才能放松吊索。