钢结构原理习题答案第三章.doc

钢结构第三章课后题参考答案3.1. 试设计双角角钢与节点板的角焊缝连接（如下图）。钢材为Q235-B，焊条为E43型，手工焊，作用着轴心力1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。解： 角焊缝强度设计值：焊缝内力分配系数为：（肢背），（肢尖）最大焊缝厚度：肢背：，肢尖及角钢端部：最小焊缝厚度：（1）.若采用三面围焊：正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即，所有焊缝厚度均取为6mm，则正面角焊缝所能承受的内力为：，取43cm。，取18cm。（2）.若采用两面侧焊，肢背焊缝厚度为8mm，肢尖焊缝厚度为6mm。，取40cm。，取26cm。，即肢背和肢尖焊缝均满足最大焊缝长度和最小焊缝长度的构造要求。3.2. 试求图3.81所示连接的最大荷载。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸，。解： 图3.81中几段焊缝组成的围焊共同承受剪力V=F和扭矩T=F*(e1+e2)的作用。由题知角焊缝的焊脚尺寸 计算截面的重心位置为则计算中由于实际焊缝长度略大于图示长度，不再扣除水平焊缝的端部缺陷焊缝的极惯性矩：轴心力V=F在A点产生的应力则A点处：由239.1KN所以最大设计荷载为239.1KN3.3. 试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝。钢材为Q235-B，焊条E43型，手工焊。 解： （1）.焊缝， 设，在偏心力F作用下承受轴力和弯矩的作用下，焊缝的受力性质相当于正面角焊缝，在N作用下焊缝受的均布应力值为在M作用下，焊缝的最大应力为 满足要求。（2）.焊缝焊缝联合组成“T”字形截面，承受剪力和弯矩。角焊缝强度设计值，焊缝厚度取相同，全截面焊缝形心的纵坐标为：假设V由两条竖向焊缝均匀承受，M由焊缝组成的“T”形截面承受。两条竖向焊缝的计算面积为 “T”焊缝对中和轴的惯性矩为：由危险点A的强度条件得：最大正应力：平均剪应力：当承受静荷载时当承受动荷载时3.4. 习题3.3的连接中，如将焊缝及焊缝改为对接焊缝（按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。 解： 设最大荷载为F，则V=F, M=F*e120F对接焊缝的设计强度为: 对接焊缝计算截面与牛腿截面相同。方法一：焊缝承受剪力V=F和弯矩M=Fe120F作用全截面焊缝形心为：X0= B点处的最大正应力为：180.42KN由点A的强度条件得F 203.56KN方法二（简化计算方法）： 因为翼缘的竖向刚度较差，不能承担剪力，故假定剪力V仅由腹板承受，弯距M仍由整个“T”形截面承受腹板面积 腹板中部最大剪应力： 188KNB点的正应力： F180.42KN3.5. 焊接工字型梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（见图），拼接处作用着弯矩，剪力，钢材为Q235钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。解： 对接焊缝的计算截面与梁的截面相同，所以翼缘板所对应的面积矩：截面最大正应力：截面最大剪应力： 上翼缘和腹板交接处的正应力：上翼缘板与腹板交点处的剪应力：交点的验算折算应力：3.6. 试设计图3.81的粗制螺栓连接，F=100KN(设计值)，。解： 粗制螺栓 ， 初步设计：螺栓间距为80，两排，每排6颗，两排间距为80mm螺栓为M20 一个螺栓的承载力为：取 V=F=100KN, T=Fe1003.7. 试设计如下图3.84所示：角钢与连接板的螺栓连接；竖向连接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，。解： ，（1）.角钢与连接板的连接，用M20螺栓单行排列，栓距取70，角钢轴线为螺栓线，则一个螺栓的承载力设计值：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：连接所需螺栓：，取5个。（2）.竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接设计： 承托受剪力，螺栓只承受轴拉力用M20，。单个抗拉螺栓承载力设计值为：采用双排螺栓一边4个，n=8个。栓距取80，布置时将螺栓群的重心放于角钢轴线与翼缘板的交点上。3.8. 按摩擦型连接高强螺栓设计习题3.7中所要求的连接（取消承托板），且分别考虑：。螺栓强度级别及接触面处理自选。解： 角钢与连接板得螺栓连接设计如下：选择8.8级 M20 高强螺栓 预拉力查表得P125KN，接触面采用喷砂处理，0.45则一个螺栓的抗剪强度为： 需要螺栓得数目为：取螺栓数目为4个 竖向连接板与柱翼缘板的螺栓连接（I）当时：选10.9级高强螺栓，M20，预拉力查表得P155KN,接触面喷砂处理，2排， 每排5颗螺栓，间距为60mm，端距为50mm，两排间距为120mmF分解成：每个螺栓承受的拉力为：规范公式验算为： 所以满足要求（II） 当 时仍然选择之前的螺栓布置此时螺栓群承受拉力,弯矩和剪力的共同作用一个螺栓的最大拉力：连接的受剪承载力设计值为：其中n为螺栓总数；为螺栓收受拉力之和。按比例关系可求得： 满足要求3.9. 按承压型连接高强螺栓设计习题3.7中角钢与连接板的连接。接触面处理及螺栓强度级别自选。解： 采用8.8级M20,取n=4,接触面喷砂后生赤锈。， 所需螺栓数量：，取。3.10. 图3.85的牛腿用2L10020（由大角钢截得）及M22摩擦型连接高强度螺栓（10.9级）和柱相连，构件钢材为Q235B，接触面喷沙处理，要求确定连接角钢两个肢上的螺栓数目。解： 设计牛腿与角钢连接，5颗螺栓，间距80mm，单列布置查表的P=190KN