钢结构第3章作业参考答案

1、.1 钢结构钢结构( (第三版第三版) )戴国欣戴国欣 主编主编 钢结构第3章作业参考答案 .2 3.1 3.1 试设计双角钢与节点板的角焊接连接。钢材为试设计双角钢与节点板的角焊接连接。钢材为Q235BQ235B， 焊条为焊条为E43E43型，手工焊，轴心力型，手工焊，轴心力N=1000KNN=1000KN（设计值），分别（设计值），分别 采用三面围焊和两面侧焊进行设计。采用三面围焊和两面侧焊进行设计。 mmh mmh mmh f f f 8 2 . 5125 . 1 12102 . 1 min max 假假定定 (1) (1) 采用三面围焊时，采用三面围焊时， KN flhN w f fw

2、e 3 .27316022. 112587 . 02 233 mmlw298 16087 . 02 1035.533 3 1 KN N NaN35.533 2 3 .273 100067. 0 2 1 3 1 解： )(40648 )(48060 满满足足且且 满满足足 mmmmh mmh f f .3 mmlmm，l mmlmml 120310 11681083088298 21 21 肢肢尖尖取取肢肢背背 ； KN N NaN35.193 2 3 .273 100033. 0 2 3 22 mmlw108 16087 . 02 1035.193 3 2 )(40648 )(48060 满满

3、足足且且 满满足足 mmmmh mmh f f .4 (2) (2) 当采用二面侧焊时当采用二面侧焊时 KNNaN KNNaN 330100033. 0 670100067. 0 22 11 mm fh N l w f e w 184 16087 . 02 10330 2 3 2 2 mm fh N l w f e w 374 16087 . 02 10670 2 3 1 1 )(40648 )(48060 满满足足且且 满满足足 mmmmh mmh f f )(40648 )(48060 满满足足且且 满满足足 mmmmh mmh f f mmlmm，l mmlmml 200390 2008

4、218439082374 21 21 肢肢尖尖取取肢肢背背 ； ）肢肢尖尖（对对比比三三面面围围焊焊：肢肢背背mmlmm，l120310 21 .5 3.2 3.2 试求图所示连接的最大设计荷载。钢材为试求图所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235BQ235B，焊，焊 条为条为E43E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸h hf f=8mm,e=8mm,e1 1=30cm=30cm。 解：解： mm x 42 5002052 2 205 2052 50087 . 020587 . 02 050087 . 0 2 205 87 . 02052 0 4 4 2 3 2 42 3

5、69.22321 39.2138 5 .6020587 . 0 12 20587 . 0 24250087 . 0 3 .2018325020587 . 02 12 50087 . 0 cmIII cm I cmI yxp y x FeeFT mme 463)300163( 16342205 21 2 .6 Mpaf w f f Tx VyTy 160 2 2 PI T Tx 250 PI T ，Ty 163 509687.0910 FF lh F we Vy 2 2 2 160 163 22.1 5096 250 P P I T F I T 即 2 2 2 160 163463 22.1 5

6、096 250463 P P I F F I F .7 2 2 2 2 2 160 75469 22.1 5096 1115750 P P I F I F 22 2 75469 22.15096 1 22.1 11570 160 PPII F KNF53.236 1069.22321 75469 22. 15096 1 1069.2232122. 1 11570 160 2 4 2 4 2 即，最大设计荷载即，最大设计荷载F=236.53KNF=236.53KN .8 3.3 3.3 试设计如图试设计如图3.823.82所示牛腿与柱的连接角焊缝所示牛腿与柱的连接角焊缝、。 钢材为钢材为Q235

7、BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。型，手工焊。 解：查表得解：查表得Mpaf w t 160 假设焊缝假设焊缝mmhf8 KN，FV98 mKNM76.1112. 098 计算形心轴位置和惯性矩计算形心轴位置和惯性矩 mmxo5 .144 6 . 520026 . 51386 . 5150 1006 . 520022006 . 51382126 . 5150 42 3 22 18111045.142056. 02 12 2056. 02 45.142008 .1356. 045.142 .211556. 0 cm I ）（ ）（）（ mmhe6 . 587 . 0 .9 按剪

8、力由腹板承担，弯矩由腹板和翼缘共同承担考虑按剪力由腹板承担，弯矩由腹板和翼缘共同承担考虑 MpaMpa lh V we 16075.43 2006 . 52 1098 3 翼缘上边的拉应力：翼缘上边的拉应力： MpaMpax I M f16085.4352.67 101811 1076.11 4 6 上上 腹板下口的压应力：腹板下口的压应力： MpaMpax I M of16082.9348.144 101811 1076.11 4 6 下 MpaMpa f f 1603 .10475.43 0 . 1 82.93 2 2 2 2 满满足足要要求求mmhf8 ）然然后后再再根根据据构构造造选选

9、取取求求得得（注注：本本题题也也可可以以计计算算 ff hh , .10 Mpa，f w c 215 3.4 3.4 习题习题3.33.3的连接中，如将焊缝的连接中，如将焊缝及焊缝及焊缝改为对接焊缝改为对接焊缝 （按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。（按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。 解：解： 若为对接焊缝，则：若为对接焊缝，则： Mpa，f w t 185Mpa，f w v 125 设能承受的最大集中荷载为设能承受的最大集中荷载为F F， VMFV12.0, mmxo43.145 1220012150 1001220020612150 形形心心 42 3 2 7 .195

10、52/2054.14202 . 1 12 202 . 1 53.146 .202 . 115cmI ）（）（ 当受剪时，最大剪力当受剪时，最大剪力 Mpaf F tI SV w v x 125 2 57.54 1257.54)43.145206(15012 12107 .1955 4 max .11 KNF19.231解解得得 当在翼缘上口受拉时，当在翼缘上口受拉时， KNF Mpaf F x I M w t 9 .452 18557.66 107 .1955 1012. 0 4 3 1max 解解得得 拉拉 当在腹板下口受压时，当在腹板下口受压时， KNF Mpaf F x I M w c

11、9 .240 21543.145 107 .1955 1012. 0 4 3 max0 解得解得 压压 在腹板与翼缘的交界处，剪应力与拉应力均较大，此时：在腹板与翼缘的交界处，剪应力与拉应力均较大，此时： F F tI SV 44 1 107 .1955 5 .9085 4312107 .1955 ）（ .12 F F x I M 44 107 .1955 4 .6548 43.145200 107 .1955 120 ）（ 拉拉 w t f1 .13 2 2 拉 KNF FF 9 .267 1851 . 1 107 .1955 5 .9085 3 107 .1955

12、 4 .6548 2 4 2 4 KNF，19.231集中荷载该对接焊缝由剪力控制 .13 3.5 3.5 焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图 3.833.83），拼接处作用有弯矩），拼接处作用有弯矩M=1122KNM=1122KNm m，剪力，剪力V=374KNV=374KN，钢材为，钢材为 Q235BQ235B钢，焊条用钢，焊条用E43E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该型，半自动焊，三级检验标准，试验算该 焊缝的强度。焊缝的强度。 解：解：查表得查表得Mpa，f w t 185 Mpaf w v 125 注意：此题中腹板仍受弯剪

13、。注意：此题中腹板仍受弯剪。 4 3 2 1 .268193 12 1008 . 0 7 .504 . 1282cmI (1)(1)焊缝最大正应力在腹板和翼缘交界处焊缝最大正应力在腹板和翼缘交界处 MpafMpa h I M w t 1852 .209 2 1000 101 .268193 101122 2 4 6 max 焊缝正应力不满足要求焊缝正应力不满足要求 .14 (2)(2)最大剪应力最大剪应力 MPafMpa tI SV w v x 1253 .48 2 500 500850714280 8101 .268193 10374 4 3 max (3)(3)腹板和翼缘交界处腹板和翼缘交

14、界处 Mpa tI SV 6 .3450714280 8101 .268193 10374 4 3 MpafMpa w t 1851 . 11 . 16 .2176 .3432 .2093 22 2 2 max所所以以 求求焊缝最大剪应力满足要焊缝最大剪应力满足要 Mpa2 .209max 力力不不满满足足要要求求腹腹板板和和翼翼缘缘处处的的折折算算应应 .15 3.6 3.6 试设计图试设计图3.813.81所示的粗制螺栓连接，所示的粗制螺栓连接，F=100KNF=100KN（设计值），（设计值）， e1=30cme1=30cm。 .16 解、现初拟采用解、现初拟采用8 8个个M20M20号

15、螺栓，其布置如下图所示：号螺栓，其布置如下图所示： 则螺栓间的最大间距则螺栓间的最大间距dmax=8dmax=820=160130mm,20=160130mm,满足要求满足要求 .17 查表得：查表得：2 305 mm N f b c 2 140 mm N f b v KNf d N b v b v 96.43140 4 2014. 3 4 22 KNftdN b c b c 0 .613051020 校核此螺栓连接校核此螺栓连接, ,此螺栓为承受剪、扭共同作用：此螺栓为承受剪、扭共同作用： 222222 1978)5 .195 . 6(468cmyx ii KN yx yeF N ii Tx

16、 6 .29 101978 195. 03 . 0100 422 1 1 KN yx yeF N ii Ty 1 . 9 101978 06. 03 . 0100 422 1 1 KN n F N F 5 .12 8 100 1 KNNNNN Fyx 6 .36)5 .121 . 9(6 .29)( 222 11 2 11 所以此螺栓满足要求所以此螺栓满足要求 KNN b v 96.43 KNN b c 0 .61 .18 3.7 3.7 试设计如图试设计如图3.843.84所示：所示： 角钢与连接板的螺栓连接；角钢与连接板的螺栓连接； 竖向连接板与柱的翼缘连接；竖向连接板与柱的翼缘连接； 构

17、件钢材为构件钢材为Q235BQ235B，螺栓为粗制螺栓，螺栓为粗制螺栓，d1=d2=170mmd1=d2=170mm。 解：、角钢与连接板的连接，可按照轴心受剪进行计解：、角钢与连接板的连接，可按照轴心受剪进行计 算，选用算，选用M22M22号螺栓。号螺栓。 计算所需螺栓数计算所需螺栓数 取取n=4n=4，其布置如下图所示，其布置如下图所示 7 . 3 9 .93 350 min b N N n 2 /140mmNf b v 2 /305mmNf b c 2 v n mmt14 KNf d nN b vv b v 4 .106140 4 2214. 3 2 4 22 KNftdN b c b

18、c 9 .933051422 .19 L1L121015d21015d0 015X2415X24360(360(满足满足) ) （满满足足） aa n MPfMP X X A N 2151 .146 )2481390(2 10350 3 1 , .20 2 /170:mmNf b t 查表 、连接板与柱翼缘板的连接、连接板与柱翼缘板的连接 由于剪力由承托板承担，而力的作用线通过连接板形心，由于剪力由承托板承担，而力的作用线通过连接板形心， 所以连接板和柱翼缘的连接应视为轴心受拉连接，拟采用所以连接板和柱翼缘的连接应视为轴心受拉连接，拟采用C C 级级M20M20螺栓。螺栓。 取取n=6,n=6

19、,其布置如图所示其布置如图所示 2 45. 2cmAe KNfAN b te b t 7 .41170245 9 . 5 7 .41 45sin350 b t x N N n .213.73.7 3.83.8 .22 3.83.8按摩擦型高强度螺栓设计习题按摩擦型高强度螺栓设计习题3.73.7中所要求的连接（取消承中所要求的连接（取消承 托板），并分别考虑：托板），并分别考虑：d1=d2=170mm;d1=d2=170mm;d d1 1=150mm,d=150mm,d2 2=190mm,=190mm, 螺栓强度级别及接触面用处理方式自选。螺栓强度级别及接触面用处理方式自选。 解：、选用解：、选

20、用10.910.9级级M22M22号摩擦型高强度螺栓，构件选用表面喷号摩擦型高强度螺栓，构件选用表面喷 砂处理方法，查表得：砂处理方法，查表得： a a、角钢与连接板的连接按轴心受剪计算；、角钢与连接板的连接按轴心受剪计算； 取取:n=6:n=6，其布置如图所示，其布置如图所示 45. 0 KNP190 KNPnN f b v 95.7619045. 019 . 09 . 0 5 . 4 95.76 350 b v N N n （满足）（满足） ）（ MPaf A n n N n 21590.133 82413902 ) 6 15 . 0 1 (10350 5 . 0 1 3 1 .23 b

21、b、连接板与柱翼缘板的连接，拟采用、连接板与柱翼缘板的连接，拟采用10.910.9级级M22M22号螺栓号螺栓4 4个个 校核此校核此 故不满足承载力要求故不满足承载力要求 KNNNN vt 45.247707. 035045sin KNN b v 95.76 KNPN b t 1521908 . 08 . 0 KNNN vt 86.61 4 45.247 121. 1 152 86.61 95.76 86.61 b t t b v v N N N N 此题考虑增加螺栓数为此题考虑增加螺栓数为n=6,n=6,校核其连接强度：校核其连接强度： 则：则： 满足要求满足要求 ，其布置如图所示，其布置

22、如图所示 KNNN vt 24.41 6 45.247 1807. 0 152 24.41 95.76 24.41 b v v b t t N N N N .24 、当、当d1=150mmd1=150mm、d2=190mmd2=190mm时，角钢与连接板的连接无变化，时，角钢与连接板的连接无变化， 与相同，而连接板与柱翼缘的连接则是承受拉、弯、剪共与相同，而连接板与柱翼缘的连接则是承受拉、弯、剪共 同作用。同作用。e=0.02me=0.02m KNNNN tv 45.247707. 035045sin MKNeNM t 702. 045.247 因为弯矩较小，仍采用因为弯矩较小，仍采用6 6个

23、螺栓对称布置，个螺栓对称布置， 如右图所示，则如右图所示，则 （满足）（满足）KNPKN y yM n N N i t t 1528 . 074.58 1 . 04 1 . 07 6 45.247 22 1 1 KNN b v 152KNN b t 95.76KNNv24.41 6 45.247 （不满足）（不满足）103. 1 95.76 74.58 152 24.41 b t t b v v N N N N 改间距为改间距为150mm150mm再算再算 KNNt91.52 15. 04 15. 07 6 45.247 2 1 （满足）（满足）1959. 0 95.76 91.52 152

24、24.41 b t t b v v N N N N .25 2 250 mm n f b v 2 470 mm n f b c 2 03. 3cmAe KNf d nN b vv b v 97.189250 4 2214. 3 2 4 22 3.9 3.9 按承压型连接高强度螺栓设计习题按承压型连接高强度螺栓设计习题3.73.7中角钢与连接板的中角钢与连接板的 连接，接触面处理方式及螺栓强度级别自选。连接，接触面处理方式及螺栓强度级别自选。 解：选用解：选用8.88.8级级M22M22号高强度螺栓，查表：号高强度螺栓，查表： KNftdN b c b c 44.1654702216 12. 2 44.165 350 min b N N n，取，取n=3,n=3,其布置见下图：其布置见下图： （满足）（满足） aa n MPfMP X X A N 2151 .146 )2481390(2 10350 3 1 , .26 3.103.10、图、图3.103.10的牛腿用的牛腿用2 210010080802020（由大角钢截得）及（由大角钢截得）及M22M22 摩擦型连接高强度螺栓（摩擦型连接高强度螺栓（10.910.9级）和柱相连，构件钢材级）和柱相连，构件钢材