钢结构计算题(焊接、螺栓连接、稳定性)详细

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐钢结构计算题(焊接、螺栓连接、稳定性)[详细]Q235,焊缝)

解

由于翼缘处的剪应力非常小,假定剪力全部由腹板的竖向焊缝均匀承受,而弯矩由整个T形焊缝截面承受.分不计算a点与b点的弯矩应力、腹板焊缝的剪应力及b点的折算应力,按照各自应满脚的强度条件,能够得到相应事情下焊缝能承受的力Fi,最终,取其最小的F值即为所求.

1．确定对接焊缝计算截面的几何特性(1)确定中和轴的位置

()()()()80

10

102401020160)10115(1010240510201601≈?-+?-+??-+??-=

y

米米

160802402=-=y米米

(2)焊缝计算截面的几何特性

()6232

31068.22)160115(230101014012

151602301014023010121mmIx?=-??+??++-??+??=

腹板焊缝计算截面的面积:

230010230=?=wA米米2

2．确定焊缝所能承受的最大荷载设计值F.将力F向焊缝截面形心简化得:

FFeM160==(KN·米米)FV=(KN)

查表得:215=wcfN/米米2,185=wtfN/米米2,125=w

vfN/米米2

点a的拉应力Maσ,且要求Maσ≤w

tf18552.010

226880101604

31===???==wtxMa

fFFIMyσN/米米2解得:278≈FKN

点b的压应力M

bσ,且要求M

bσ≤w

cf215129.110

2268160101604

32===???==w

cxM

b

fFFIMyσN/米米2解得:5.190≈FKN

由FV=产生的剪应力Vτ,且要求Vτ≤w

Vf

125435.010

23102

3===??=w

VVfFFτN/米米2解得:7.290≈FKN

点b的折算应力,且要求起步大于1.1w

tf()

()()wtVMb

fFF1.1435.03129.132

22

2=?+=

+τσ

解得:168≈FKN

缝的距离别相等,肢尖焊缝的受力小于肢背焊缝的受力,又题中给出了肢背、肢尖焊缝相同的长度和焊足尺寸,因此,只要验算肢背焊缝的强度,若能满脚,肢尖焊缝的强度就能确信满脚.

查角钢角焊缝的内力分配系数表得,k1=0.65,k2=0.35;查焊缝强度表得=wff200N/米米2

一条肢背焊缝的计算长度=1wl300-2x8=284米米,要求8hf和40米米≤1wl≤60hf,显然符合构造要求.

肢背焊缝所能承担的力1N:

780120065.011=?==NkNKN

则其焊缝强度为:245284

87.02107807.023

11≈????=???=wfflhNτN/米米2

＞=wff200N/米米

2

故此连接别能满脚强度要求.应采取以下措施:

1．增加肢背焊缝的长度2.34820087.02107807.023

11

≈????=???=w

f

fwfhNl米米所以,肢背焊缝的长度必须加长到364162.3481011=+=+=wll米米,才干使其满脚强度要求.采纳这种办法,就会增加节点板的尺寸.

而此刻肢尖焊缝的应力132284

87.0235.0=???=

N

fτN/米米2＜=wff200N/米米2,满

脚强度要求,且能够适当减小其焊缝长度.

2．增加肢背焊缝的焊足尺寸

依照构造要求,肢背焊缝最大的焊足尺寸12102.12.1max=?==thf米米.而实际所需的焊足尺寸为

fh≥8.92002847.02107807.023

11=????=???w

f

wflN米米所以,将肢背焊缝的焊足尺寸增加到10米米就能使此连接满脚强度要求.

3．改用三面围焊

首先计算正面角焊缝所能承担的力3N:

wfwfflhN?????=22.17.0233

6.3821020022.11408

7.023≈??????=-KN

求肢背焊缝所能承担的力1N:7.5886.3825.0120065.02

1

311=?-?=-

=NNkNKN则185284

87.02107.5887.023

11≈????=???=wfflhNτN/米米2

＜=wff200N/米米2

满脚强度要求.

3．如图所示为板与柱翼缘用直角角焊缝连接,钢材为Q235,焊条E43型,手工焊,焊足尺寸hf=10米米,ffw

=160N/米米2

,受静力荷载作用,试求:(米、N、V作用下的直角角焊缝)

1.只承受F作用时,最大的轴向力F=？

2.只承受P作用时,最大的歪向力P=？

3.若受F和P的共同作用,已知F=250KN,P=150KN,此焊缝是否安全？

解:

分析:依照已知条件,可将歪向力P向焊缝形心简化得米、N、V,将F向焊缝形心简化只得N.米、N使焊缝有效截面产生应力σ

米f

、σNf,而剪力V则产生应力τv

f,最终可按角焊缝

的基本计算公式计算此连接能承受的最大力F或P,并可举行焊缝强度验算.

一条焊缝的计算长度lw=300－20=280米米,1.在力F作用下,焊缝属于正面角焊缝,

F米ax=0.7hf·∑lw·β·ffw

=0.7×10×2×280×1.22×160×10-3

=765.8KN

2.将歪向力P向焊缝形心简化得:

米=0.8P·e=80P(KN·米米)V=0.8P(KN)

N=0.6P(KN)图2

计算在各力作用下产生的应力:

σ米

f=6米/(2×0.7×hf×lw2

)图3.Ⅱ.6=6×80×P×103

/(2×0.7×10×2802

)=0.437P(N/米米2)σN

f=N/(2×0.7hflw)

=0.6P×103

/(2×0.7×10×280)=0.153P(N/米米2

)τv

f=V/(2×0.7hflw)

=0.8P×103

/(2×0.7×10×280)=0.204P(N/米米2

)

将σ

米f

、σNf、τv

f的值代入公式:

()

wfV

f

N

fMf

f≤+???

?

?

?+2

2

22.1τσσ

得P米ax=304.6KN

3.将力F、P向焊缝形心简化得:

V=0.8P=0.8×150=120KNN=F＋0.6P=250＋0.6×150=340KN

米=0.8P·e=0.8×150×100=12×103

KN·米米σ米

f=6×12×103

×103

/(2×0.7×10×2802

)=65.6N/米米2

σN

f=340×103

/(2×0.7×10×280)=86.7N/米米2

τv

f=120×103

/(2×0.7×10×280)=30.6N/米米2

产生的应力同向,故可按a点或b点应满脚角焊缝强度设计值来确定连接所能承受的最大静力荷载设计值F.最终验算牛腿板截面Ⅰ-Ⅰ处的强度,即可确定两者是否等强？

1．确定角焊缝连接所能承受的最大承载力

(1)计算角焊缝有效截面的形心位置和焊缝截面的惯性矩.

由于焊缝是延续围焊,实际长度比板边长度长,因此焊缝的计算长度可取板边长度,每端别减5米米.焊缝的形心位置:

()

71.5302028.07.010

208.07.02≈+???????=

x厘米

围焊缝的惯性矩:

630015202301218.07.022=??

?

????+???=xI厘米4

()170771.51020220121271.5308.07.0232≈??

?

???-??+??+???=yI厘米4

8007170763000=+=+=yxIII厘米4

(2)将力F向焊缝形心简化得:

()FFT9.3421.57200200=-+=(KN·米米)

FV=(KN)

(3)计算角焊缝有效截面上a点各应力的重量:FFITryTfa

64.010

8007150109.3424

30

≈???==

τ

(N/米米2

)()FFITrxTfa

62.010

80071.57200109.3424

30≈?-??==σ

(N/米米2)()FFAVfVfa

26.08

7.03002002103≈??+??==σ

(N/米米2)(4)求最大承载力F米ax

依照角焊缝基本计算公式,a点的合应力应小于或等于wff,即:

()22

64.022.126.062.0FFF+??

???+≤wff=160N/米米2

解得F≤165.9KN故F米ax=165.9KN

2．验算牛腿板的强度

钢板Ⅰ-Ⅰ截面受力最大,承受弯矩米=200F(KN·米米)和剪力V=F(KN)的作用.由26th

M

WM==

σ≤f得215300

121020062

3==???fFN/米米2

解得F=193.5KN由th

v

5.1=

τ≤vf得125300

12105.12

3==???vfFN/米米2

解得F=300KN

故此钢板能承受的最大荷载设计值F=193.5KN,而焊缝则能承受F=165.9KN,显然钢材

强度有富余,为了经济的目的可减少钢板的厚度t,也可加大焊缝的焊足尺寸hf.其计算办法如下:

(1)减少钢板的厚度t

由26th

M=σ≤f得3.10300215109.16520062

3

≈????=t米米取t=11米米.

(2)加大焊缝的焊足尺寸hf(单位为米米)

fxhI5.787=(厘米4)fyhI3.213=(厘米4

)

fyxhIII8.10000=+=(厘米4

)

ffTfa

hh5.994108.1000150105.1939.3424

3≈????=τ

N/米米2

()ffT

fa

hh4.94710

8.10001.57200105.1939.3424

3≈?-???=σ

N/米米2

()f

fVfa

hh9.3947.03002002105.1933≈

?+??=σ

N/米米2

1605.99422.1/9.3944.9472

2

==???

?

??+??????????????+wfffffhhhN/米米2解得fh=9.3米米

由构造要求知102122max=-=-=thf米米故取fh=10米米

螺栓连接

1．

两钢板截面为-18×410,钢材Q235,承受轴心力N=1250KN(设计值),采纳米20一般粗制螺栓拚接,孔径d0=21.5米米,试设计此连接.

解:

分析:设计此连接应按等强度思考,即设计的连接除能承受N力外,还应使被连接钢板、拚接盖板、螺栓的承载力均接近,如此才干做到经济省料.所以,连接盖板的截面面积可取与被连接钢板的截面面积相同.如此,当螺栓采纳并列布置时,只要计算被连接钢板的强度满脚即可,别必再验算连接盖板.具体设计步骤可依照已知的轴心力设计值先确定需要的螺栓数目,并按构造要求举行罗列,然后验算构件的净截面强度.

1.确定连接盖板截面

采纳双盖板拚接,截面尺寸选10×410,与被连接钢板截面面积接近且稍大,钢材亦为Q235.

2.计算需要的螺栓数目和布置螺栓一具螺栓抗剪承载力设计值为:

9.87101404

2024

32

2

=????

=??

=-ππbV

VbV

fdnNKN

一具螺栓抗剪承载力设计值为:

8.1091030518203=???=??=-∑bcbcftdNKN

连接所需要的螺栓数目为

n≥22.149.87/1250/==miinNN

取n=16个.

采纳并列布置,如图3.Ⅱ.11所示.连接盖板尺寸为-10×410×710.中距、端距、边距均

图3.Ⅱ.11

3.验算被连接钢板的净截面强度

被连接钢板Ⅰ-Ⅰ截面受力最大,连接盖板则是Ⅱ-Ⅱ截面受力最大,但后者截面面积稍大,故只验算被连接钢板即可.

32.588.115.248.14101=??-?=-=tdnAAn厘米2

3.21410

32.581012502

3

≈??==nANσN/米米2＜215=fN/米米2符合要求.

2．

上题若采纳8.8级米20摩擦型高强度螺栓,钢材Q235,接触面采纳喷砂处理,试咨询此接头能承受的最大轴心力？

解:

分析:确定接头所能承受的最大轴心力设计值,应分不按摩擦型高强度螺栓、构件和连接盖板计算,但是取其最小值计算即为所求.

摩擦型高强度螺栓所能承受的轴心力设计值应由单个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值乘以连接一侧的螺栓数目确定.他们所能承受的最大轴心力设计值计算办法与一般螺栓别