钢结构设计原理张耀春版课后习题答案.docx

1、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,N 1500 1 03 3 1 2 . 5N/mm2lwt 480 10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)20583mmNsin15001030. 829 213N/mm2f；265N/mm2Lt58310Ncos15001030. 559 144N

2、/mm2fvw180N/mm2Lt58310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： ff 200N/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： 3oo rot22b5. 4mm，取 t2=6mm2 460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

3、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： hfmin 1.5-/t 1. 54. 7mm取焊脚尺寸hf=6mm2）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】 N N3 1 5 00 1 03 9 4 28 1 6 5 5 7 1 84N1）内力计算400kNL200X 125X182）焊脚尺寸设计6M6 8000 103600N/mm 2弯矩引起的焊缝应力： 2hel；2 2002 he2剪力产生的焊缝剪应力:所需焊脚尺寸: I f 2I2

4、2*6001000he1.22 200200取焊脚尺寸hf=8mm焊缝构造要求：最大焊脚尺寸：hfmaxt y最小焊脚尺寸：hfmin1. 5 t取hf=8mm满足焊缝构造要求。Q2ff 200N/mm:6001000f1. 22hehhe5. 575. 57mmhf7. 79mm0. 70. 72) 严12) 1716mm1.5 206. 7mm100 10： LQQ)N/mm2h 丄 2200he he3. 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

5、缝也有偏心）解：查附表1.3： h160N/mm21）初选焊脚尺寸最大焊脚尺寸： max1. 2 1.2 12 J_14.4hf/ 厂mmhfmin1. 5t 1.5 125.2最小焊脚尺寸：mmf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 ycIX0 0 2(150 2hJ 12hf150 12hfhf200 2(2002hf)200 2hf200r2222Ye15012(1502hf)2hf 2 (2002hf) hf263 3W-i3(15012) 12 200 3 26200 32(20012)22150 12(150 12)226 2 (2001

6、2)6139mm全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：T 4 (1 口“、(2. 11261)2 24.2 150126(612. I)2丄:： a 1 丄 0 U JLn )22 4.2 188188324.2188(13994)2 12954006mm1123）焊缝截而验算哋 M Ne 9812011760kNmm考虑弯矩由全部焊缝承担弯矩引起翼缘边缘处的应力：fM11760 103(61124.2) 70N/mm2Tfl12954006弯矩引起腹板边缘处的应力：fM11760 103139126N/mm2Tf212954006剪力甫腹板承担，勢力在腹板焊缝中产生的剪应力:V 98 103f 62

7、N/mm|hT 20. f 6188Y则腹板下边缘处弘力：2 2120N/mm2 f/ 160N/mm_hf=6mm,。f f 126 6222f 1.22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/mm2 17ON/mm.Ae353mnT1）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

8、影响，焊缝计算通常取竖向剪力的取 1.3V N】N2取 hf=10mm 2）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:A f丄 e te353170 60010NNi My】9Yi_100 106 6002 (6002 5 002 3 002 2 002 1 002)40000N N? 60010N满足。314.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：fv140N/mm2 b170N/mm .fc305N

9、/mmAe245mm1）内力计算2剪力:Nsin451500. 707 106. 07kN拉力:Ncos451500. 707 106.07kN2）螺栓强度验算单个螺栓受剪承载力:bNvd2bfv 12023. 14414043960N二43. 96kN单个螺栓承压承载力:tdfc16 20305 97600N=97. 6kN单个螺栓受拉承载力:AefA24517041650N41.65kN每个螺栓承受均匀剪力丙螺栓最大剪力（拉力）2排2列:NvN2 2226.5106nj7=26T5kN4226. 5拉-剪共同作用时:0.881Nv26. 5kNNcN?43. 9641.6597. 6kX满

10、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,Rb 0. 9nf P0. 91摩擦而仅用钢丝刷清除浮锈u=0.30. 312533. 75kN单个螺栓受拉承载力设计值：拉-剪共同作用：丹 汕N? N?Ntbe 0.8P 0.8 125 lOOkN26. 5 26. 5 1. 05 133.75 100连接不满足要求。315如图所示螺栓连接采用Fmax 值 o解：查附表13：6F T。口丄口L “ I I I I I606024查附表1.1: f205N/mm21假设螺栓孔直径do=21. 5 mm2fvl40N/

11、mm305N/mm1t=20mm单个螺栓受剪承载力:单个螺栓承压承载力：N?nv d2 f? 2 3. 14 202 140 87920287.92kN4 4tdf? 20 20 305 122000N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）：A2 20（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max nN,t(b 3do)2O13 87.92 1143kN(320 3 21.5) 5110mm240 46026025 21. 5) 6238mm2FmaxAif5110205 1048kNFmax=10

12、48kNo3. 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:fv2310N/mm, fcb 2470N/mm1）摩擦型连接单个螺栓受剪承载力设计值:0. 9n0.9 2 0. 3155 83.7kN螺栓连接最大能承受的 Fmax值：卩论13 83. 7 1088kN构件截而最大能承受的轴力设计值:F/d 05m/n) 1048/(10. 5 3/13)1184kN此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的Fmax=1088kNo2）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）：bNvflvd2 bfv23. 144202 310194680N二194. 68kN