钢结构设计基本原理课后答案肖亚明.docx

1、钢结构设计基本原理课后答案肖亚明合肥工业大学出版社出版 （肖亚明主编）第三章1. 解： Q235钢、 f fw160N / mm2、 N600kN（1）采用侧面角焊缝最小焊脚尺寸： h f1.5 tmax1.5145.6mm角钢肢背处最大焊脚尺寸：hf1.2tmin1.21012mm角钢肢尖处最大焊脚尺寸：hft(1 2)10(1 2)9 8mm角钢肢尖和肢背都取hf8mm查表 3-2 得： K10.65、 K 20.35N1 K1N 0.65600 390kN ， N 2K 2 N 0.35 600210kN所需焊缝计算长度：l w1N139010320.7h ff fw20.7217.63

2、mm8 160l w2N 221010320.7hff fw20.7117.19mm8 160焊缝的实际长度为：l1l w12h f217.6328233.63mm ，取 240mm 。l2l w22h f117.1928133.19mm ，取 140mm。（2）采用三面围焊缝，取 h f6mm正面角焊缝承担的内力为：N30.7hfl w3f f fw0.762100 1.22160 163.97kN侧面角焊缝承担的内力为：N 1K1 NN3/20.65600163.97 / 2308.01kNN 2K 2 NN3/20.35600163.97/ 2128.02kN所需焊缝计算长度：l w1N

3、1308.011030.7h f f fw20.7 6229.17mm2160l w2N 2128.021030.7h f f fw20.7695.25mm2160焊缝的实际长度为：l1l w1 hf229.176235 .17 mm ，取 240 mm 。l2 lw 2hf 95.25 6 101.25mm，取 110 mm 。2. 解： Q235钢、 f fw160N / mm2（1）取 d1 d 2 170mm角焊缝受到轴力和剪力的共同作用，且均作用在角焊缝形心处角焊缝受到轴力为： N6001.5499.23kN1.5212角焊缝受到剪力为： V6001332.82kN1.5212l w

4、 2 1702h f3402h fN499.23103w1.22 160195.2N / mm2f0.7h f l w1.4hf (3402h f )f f f2由上式求得： hf 5.55mmV332.8210 3w160N / mm2f20.7h f l w1.4h f (3402hf )f f由上式求得： hf4.49mm最小焊脚尺寸 hf1.5tmax1.5206.71mm故取焊脚尺寸为h f7mmfN1.4499.2310 3156.26N / mm2f f fw195.2N / mm220.7h f l w7(340 2 7)V332.8210 3104.18w160N / mm2

5、f1.47(3402f f2 0.7h f l w7)f /22156.26/ 1.222104.182165.10N / mm2w160 N / mm2fff f由于折算应力较接近f fw ，故取 h f8mm可满足要求。（2）改取 d1 150mm， d 2 190mm角焊缝受到轴力、剪力和弯矩的共同作用角焊缝受到轴力为：N6001.5499.23kN121.52角焊缝受到剪力为： V6001332.82kN121.52角焊缝受到弯矩为：MNe499.2320 9984.6kNmm9.9846106 N mmhe0.7 85.6mm ， l w1501902h f3402 8324mmI

6、w25.6324331.74106 mm412Ww2I w2 31.7410 6195.96103mm3324324最大正应力为：fNM499.231039.98461060.7h f l wWw20.78324195.961032188.53N / mm21.22160195.2N / mm2V332.8210391.72w160 N / mm2f2 0.7h f l w2 0.78324f f22188.53 / 1.22291.722179.70 N / mm2w160N / mm2f /fff f不满足要求。3. 解： Q235钢、 f fw160N / mm2（1）角焊缝最小焊脚尺寸

7、： h f1.5t max 1.5125.2mm最大焊脚尺寸： h f1.2t min1.21214.4mm取 h f 6mm角焊缝受到轴力和弯矩的共同作用角焊缝受到轴力为： N F100kN角焊缝受到弯矩为：MNe100202kN mhe 0.7 64.2mm ， l w2002h f2002 6188mmI w 24.218834.6510 6 mm412Ww2I w2 4.6510 63318818849.48 10 mm最大正应力为：fNM100103210 620.7h f l wWw20.7618849.48 103103.74N / mm21.22 160195.2N / mm2

8、满足要求。（2）角焊缝角焊缝的有效截面如图所示取 h f 8mmx x角焊缝有效截面形心位置：yy21345.6(192122.8)255.45.6(1922.8)21925.6192 / 2 /(1345.6255.4 5.621925.6)136.03mm剪力由腹板焊缝承担，腹板面积为：Aw2 1925.62150.4mm2全部焊缝对 x 轴的惯性矩为：I w1345.6(192136.03122.8)22 55.4 5.6 (192136.03 2.8) 22 192 5.6(136.03192/ 2)22 5.61923 /1215.56106 mm4翼缘焊缝最外边缘的截面模量：Ww1

9、I w15.5610621.1543h1192136.031210 mm5.6翼缘和腹板连接处的截面模量：Ww2I w15.5610627.81 1043h2192 136.03mm腹板底边缘处的截面模量：Ww3I w15.5610643y2136.0311.44 10 mm弯矩： M 100 12012kN m由弯矩得最大应力为：3M12106104.90N / mm 2Ww311.44104腹板的剪应力为：F / Aw 100103 / 2150.4 46.50N / mm2翼缘和腹板连接处的折算应力；2232104.9046.50297.75 N / mm2f fw160N / mm2f

10、1.22满足要求。4. 解 ： Q235钢、查附表 1-2得 f t w185N / mm2， f vw125N / mm2 ，fcw215N / mm2焊缝有效截面形心位置：y y2 126 12 (188 6) 188 12 188 / 2 /(126 12 188 12) 134.13mm焊缝对 x 轴的惯性矩为：12621y182 8y 112I x 126 12 (188 12 134.13 6) 2 188 12 (134.13 188/ 2) 2 12 1883 /12 15.70 106 mm4翼缘焊缝边缘的截面模量：I x15.7010643W1188 1223.83 10

11、mmy1134.13翼缘和腹板连接处的截面模量：W2I x15.701061043188y229.14mm188 134.13腹板底边缘处的截面模量：W3I x15.701061043y2134.1311.70mm弯矩： M 120F由翼缘上边缘处焊缝拉应力tM120Ff t w185N / mm2W123.83 104得： F 185 23.83104 /120367.38kN由腹板下边缘处焊缝压应力cM120Ff cw215N / mm2W311.70 104得： F215 11.70104 /120209.62kN由腹板焊缝单独承担剪力，腹板的剪应力F / Aw F /(18812)f

12、vw125N / mm2得： F 12518812282.00kN腹板下端点正应力、剪应力均较大，由腹板下端点的折算应力22c23 2120F3F1.1 f t w1.1 185 203.5N / mm 211.7010 418812得： F 158.84kN综上得该连接所能承受的最大荷载为F 158.84kN 。y5. 解： Q345B钢、 f fw200N / mm2 ， h f8mm1976角焊缝有效截面的形心位置： . 5xx1(2 197 5.6 197/ 2)/0xx0(21975.65005.6)43.41mm55.66截面的惯性矩：.5I wx2 1975.6 2502x1x2

13、5.65003 / 12196.23 106 mm4yI wy21975.6(197/ 2 43.41) 22 5.61973 /125.650043.41219.11106 mm4JI wxI wy(196.2319.11) 103215.34103 mm4扭矩： T (300 205 43.41)F 461.59F由扭矩产生的最大应力TT r y461.59F250535.88 106Fw200 N / mm2f215.34106f fJ得： F200 / 535.88 10 6373.22kNTTr x 461.59F (19743.41)329.23 106FfJ215.34 106f

14、 f fw1.22200 244N / mm2得： F244 / 329.2310 6741.12kN由力 F 产生的应力VFF199.74106Fw244N / mm2fAw2 1975.6500ff f5.6得： F244 / 199.7410 61221.59kN由最大应力点的折算应力TV210 6F10 62ff(Tf )2329.23199.74F(535.88 10 6 F )2f1.22689.3210 6Ff fw200N / mm2得： F200 / 689.3210 6290.14kN综上得该连接所能承受的最大荷载为 F290.14kN 。6. 解： Q235B钢、 f v

15、b140N / mm2 ， fcb305N / mm2单个螺栓的抗剪承载力设计值：bd 2b22 2106.44kNN v nvfv214044Ncbdt f cb22 1430593.94kNN minbmin( N vb , N cb ) 93.94 kN一侧所需的螺栓数目为：n N / N minb700 / 93.947.45 （个），取 n 8螺栓的布置如图所示：50804510458050060N8N080806净截面强度验算：螺栓群最外端净截面强度：N / An 700 10 3 /( 360 4 23.5) 14 187.97 N / mm2 f 215N / mm2净截面强度

16、满足要求。7. 解： Q235钢、 f vb 140N / mm2 ， f cb 305N / mm2 ， f tb 170N / mm2单个螺栓的抗剪承载力设计值：N vbnvd 2fvb122 2140 53.22kN44Ncbdt f cb2218 305 120.78kNN minbmin( N vb , N cb )53.22 kN单个螺栓的抗拉承载力设计值：bde2bb303170 51.51kNN tf tAe f t4（1） 牛腿下支托承受剪力时由受力最大的螺栓承受的拉力N1My12(80 2F 1603200.133F N tb51.51kNm yi2160224023202

17、 )得： F386.32kN故支托承受剪力时该连接所能承受得最大荷载设计值为F386.32kN 。（2） 牛腿下支托不承受剪力时由受力最大的螺栓承受的拉力My1F1603200.133Fb51.51kNN tyi22(80 216022402N tm3202 )得： F386.32kN由 N1VF / nF /100.1FN cb120.78kN得： F1207.80kN由剪力和弯矩共同作用下2222N tNv0.133F0.1F0.00319F1NtbNvb51.5153.22得： F313.15kN综上得支托承受剪力时该连接所能承受得最大荷载设计值为F 313.51kN 。8. 解： Q345B钢螺栓采用 M22，C级， f vb140N / mm2 ， fcb385N / mm2螺栓的布置如图所示单个螺栓的抗剪承载力设计值：bnvd 2b122 2N vfv140 53.22kN4