1、钢结构设计原理刘智敏第三章课后题答案第3章钢结构的连接12.如图3-57所示的对接焊缝，钢材为Q235,焊条为E43型，采用焊条电弧焊， 焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。已知，试求此连接能承受的最大荷 载。解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度？?= 500mm，则焊缝正应力应满足:其中, 故有,185= -7 = 505859N = 505.85RN丄 JL OU500 X14 1 58333333033 3 1 IOOX 14 2687500N= 2 687. 5kh故此连接能承受的最大荷载为F - 5O5.S6kN013.图3-58所示为角钢2L 140X10构件的节点角焊鏠连接
2、，构件重心至角钢肢严二背距离】 -11，钢材为Q235BF采用手工焊，焊条为E43型， ，构件承受静力荷载产生的轴心拉力设计值为 N=1100kN若采用三面围焊，试设 计此焊缝连接。1正 面 角I 64mmgr 140mm正面焊缝的作用：则由平衡条件得：TVt = kNl X = 1401 38.2 X 11001 206.所以它们的焊缝长度为1! = X 0. 7h + tl豳五.(&藩刈(JHX 169 8= 368. 9mm,取 370mmM 147 X 103,取 95mm=2 汕丽 + S = 2IA1,6O + 8 = 901mmE4317.如图3-61所示的焊接工字形梁在腹板上设
3、一道拼接的对接焊缝，拼接处作 用有弯矩二-二Hl工，剪力厂匚k：；，钢材为Q235B钢，焊条用 型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。9PQ匚kJ 21 1 -&1 . .亠11 JT1 1 -MiJi1 1 1B3-6*肛升解：（1）确定焊缝计算截面的几何特征x轴惯性矩： X 8 X 10003 4- 2 X 280 X 14 X 5072 = 2681,9 X 10Gmm4 1 12中性轴以上截面静矩：5X 一 280 X14X 507 + 500 X 8 X S00/2 一 2987440mm1单个翼缘截面静矩：S = 280 X14X 507 = 1987440mm3（2）验
4、算焊缝强度焊缝最大拉应力（翼缘腹板交接处）：M 10 1122 X IO6 209.2N二严二 2681.9X10- X 500 =盂歹w _ 185N 2N查表知，忙ini- tn -，所以焊缝强度不满足要求。19.按高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题 18中的钢板的拼接，采用 8.8级M20 =21.5mm）的高强度螺栓，接触面采用喷吵处理（1） 确定连接盖板的截面尺寸。（2） 计算需要的螺栓数目并确定如何布置。（3） 验算被连接钢板的强度。解：（1）摩擦型设计 查表得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力一二-二强，对于Q235钢材接触 面做喷砂处理时:- - E 单个螺栓的承载力
5、设计值: 出=0.9rfpP = 0.9 X 2 X 0.45 X 125kN = 101_ 3kN所需螺栓数:（2）承压型设计 查表知,单个螺栓的承载力设计值:, nd23.14 X202% % 4 弁*1 X X 250 - 157kN4TV* = rfZt I = 20 X 18 X 470 = 169.2kN所需螺栓数：N1500n N b min Li157 -%6H121螺栓排列图如下所示IlTOO ： r. )iM 100.100 i 10Qst-.亠5Jt 才1 1验算被连接钢板的强度a.承压型设计N 1500000 179.6N.0 二. 二 =二An 18 X 550 I
6、4 X18 X 21_5 mm3查 表 可 知205N 6N1& r 179 亏mm- mmz满足要求。M =理(11 5 K善)=1500b.摩擦型设计 净截面强度验算：X I 05X = 13001Nr 1300000 155.7N 205No 一 一 f _ An 18 X 550 I + X 18 X 21-5 mm2 mm2满足要求；毛截面强度验算：N 1500000 151.5N 205N f A 18 X 550 mm- mm-满足要求20.如图3-62所示的连接节点，斜杆承受轴心拉力设计值一 ,端板与柱翼缘采用10个8.8级摩擦型高强度螺栓连接，抗滑移系数. 打，求最小 螺栓直
7、径。KF -SL-sf-亠工烏B3-6.解：把力化简至中心点，如右图所示，螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用,单个螺栓的最大拉力:14.4X0142X 2X (0.0 72 + 0.14z)=44.6kNNt3 = 24.0kNN占-3-4kN由 ，得。连接的受剪承载力设计值应按下式计算:V - 0/按比例关系可求得：砧=34.3kN,N匕一15.7kN,故有Z 丨二 I ： I j - - ：1 广.则受剪承载设计值:V 一 09与敲(FiP I 1.25SNU) - 0.9 X 1 X D.3 X JOP I 1.25X 2401化简得 综上，查表可知最小螺栓直径为 M20此时P = 1
8、25kN，满足题意21.验算图3-63所示的高强度螺栓摩擦型连接，钢材为 Q235螺栓为10.9级M20连接接触面采用喷吵处理。卩3-二朋7I.V 二 16 J k 解：查表得抗滑移系数为一 0.45，预应力P - 155kN。 z _ , n| r ITl单个螺栓的最大拉力： -N Mv 160 24 X 0.127Vtl =- + - / -r = + -= 65kN I 0.8P = 124kN n mZy 8 2 X 2 X (0.042 + 0.122)连接的受剪承载力设计值应按下式计算：V 一按比例关系可求得：砧 一 35kNr /Vf3 - 5kNNtA - l25kN(III1
9、1)故有2 I ： 了门：厂- 二| |八 则受剪承载设计值:V 一 I 1.25ZAZtl) = 0,9 X 1 X 0.45 X (8 X 155 I 1.25 X 210)二 395,9kN I 120综上，连接满足要求第4章轴心受力构件6.图4-25所示两种截面，板件均为焰切边缘，面积相等，钢材均为 Q235当 用作长度为10m的两端铰接的轴心受压柱时，试计算设计承载力各是多少，并验算局部稳定是否满足要求。IHb口-解：（a）如图所示，截面的几何特性为:1 = 2 X (500 X 20) + 500 X8 = 24000nun/v = X 8 X 5003 + 2 X SCO X 2
10、0 X Z602 = 1435J X lOmm1匹 1435.3 X 10 仿= J 2WM = 244.6mmi =-Zy = X 20 X 5003 X 2 = 416.7 X lOmm1= 40.911 = 150244因板件均为焰切边缘，故构件的截面分类均为 b类,验算局部稳定:b 500 I 8 T 一 2 12 30.1X 75 9二 17.6故局部稳定满足要求(b)如图所示，截面的几何特性为:A = 2X (400 X 25) + 400 X 10 = 2000mm2Z, = X 10x +003 + 2 X 400 X 25 X Z12,52 = 9505 x io6mm*95
11、6.5 X IO6 l0 1000024000 二 6 = 50.1 IW = 1 SO25 X4003 X 2 = 266.7 X 10Gmm因板件均为焰切边缘，故构件的截面分类均为 b类,验算局部稳定:b 400 I 10T _ 2 250+ 0.1X 94.9 2J5=195故局部稳定满足要求7.某桁架杆件采用双角钢截面，节点板厚 8mm钢材为Q235承受轴心压力设 计值二，杆件的计算长度为 切一沁一厂池。试按容许长细比 选用杆件的最小截面，并验算所选截面。解：假定 - 20C，对轧制双角钢截面，截面分类均为 b类N12.3 X 103 r= 0.186X215 - 308mnr- 3
12、08Cm需要的截面几何量为:=21mm =2_lcm = ix4200石=200查表，选用截面2L 45X 3当 a. Smiii 时，必=5.32cm吟=2.14cm ， i工1.39ctn此时,= 196.3 M-200故需根据重选截面。选用截面2L 70X 4当a = 8mm 时，丄=1114c血2% = 3.14cm，耳=2.18cm此时，心 4200 =訂才=133-8 A1-200故截面满足要求9.某轴心受压柱承受轴向压力设计值： - ?ckr：,柱两端铰接， 丁 - G - 。钢材为Q235截面无削弱。试设计柱的截面:（1） 采用普通轧制工字钢（2） 采用热轧H型钢（3） 采用焊
13、接工字形截面，翼缘板为焰切边解：（1）采用普通轧制工字钢假定；-，对热轧工字钢，查表可知：当绕轴 x失稳时属于a类截面，当绕y失稳时属于b类截面-0.621需要的截面几何量为:一 112.3cm2A 一 一 :鷲 * : 一 11234.7mm2Vminf 0.162X2154000= = 44 4mm = 4.44cm=444mm = 4.44cm查表，选截面为163c，则有 九 因截面无孔削弱，可不验算强度；又因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚， 可不验 算局部稳定，只需进行刚度和整体稳定验算。205N因其翼缘-1 1C ，故取0400032=125 A = ISO刚度满足要求 又心一 ：.片
14、总京仏，由其查表可得酸 m 11N _ 1500 X 103 _ 203N _ 205NpA 0.411 X 17979 mm3 * mm2 故整体稳定性满足要求。(2)采用热轧H型钢由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因而长细比的假设值可适当减小，假设I川，对宽翼缘截面，故构件的截面为类型均为需要的截面几何量为:1500 X 10s , 8645.3mm2 - 86.45cnr0807X 2154000- = 66.7mm = 6.77cmotJ4000 66.7mm 6.77cm60查表，试选A = 12C.4cm3lx = 13. lcmiiy = 7.49cm截面验算：因
15、截面无孔削弱，可不验算强度；又因轧制H钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算 局部稳定，只需进行刚度和整体稳定验算。因其翼缘 - LIE：工1C ，故215N53.4 U = 150刚度满足要求 又録-冷厶1錶，由其查表可得孙- :N _ 1500 X 103 _ 148.3N _ 215NpA 0.840 X12040 mm2 ( mm2 故整体稳定性满足要求。(3)采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边假设-礼，组合截面一般有需要的截面几何量为:- - -N 一对也丁心1 XG 占1500 X100 621X 215400090=11234mm2=44 4mm = 4.44cm4000-44,4mm-
16、4.44cm112.34cm2，故构件的截面为类型均为b类按经验计算，工字形截面:4.4404310.3cmii = .24 =根据以上参数，设计截面尺寸如右图所示。截面的几何特性为：A = 2X (240 X 22) + (24012 X 22) X 10 = 12520mm- 10 x 1963 + 2 x 240X22 X 892 = 69 01 x 10fimm4饥 (6.01 其 106T盯 J 1252D 二 74 2mniL, = X22 X 2403 X2 = 50.7 X 106mm4 y 1250,7 X 106截面验算: 因截面无约束，可不验算强度。刚度和整体稳定验算:-150b 4000 一= - = = 62.9 U = 150* lv 6 3币刚度满足要求 又二甘空A L,由其查表可得.小吃N _ 1500 X 103 _ 151.3N _ 205N0.792 X12520 mm2 * 广 mm2 故整体稳定性满足要求。局部整体稳定验算：b 240 I 10T _ 2 220.1X 62.9 235二 16.29故局部稳定满足要求
