2022年钢结构设计原理课后习题答案 .pdf
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1、.500NN10钢结构设计原理三.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 1.3:2wtN/mm265f,2wvN/mm180f不采用引弧板:mm4801025002wtbl32w2tw1500 10312.5N/mm265N/mm480 10Nfl t,不可。改用斜对接焊缝:方法一:按规范取=56,斜缝长度:mm58320)829.0/500(20)56sin/500(2)sin/(wtbl32w2twsin1500 100.829213N/mm265N/mm583 10
2、Nfl t32w2wcos1500 100.559144N/mm180N/mm583 10vNfl t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 1.3:2wfN/mm200f试选盖板钢材 Q345-A,E50 型焊条,手工焊。设盖板宽b=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:12500105.4mm22460Atb,取 t2=6mm 由于被连接板件较薄t=10mm,仅用两侧缝连接
3、,盖板宽b不宜大于 190,要保证与母材等强,则盖板厚则不小于14mm。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接,先采用三面围焊。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 23 页 -.20200L200 125 181751751066500NN101)确定焊脚尺寸最大焊脚尺寸:thtmaxmm6f,mm 最小焊脚尺寸:7.4105.15.1minfthmm 取焊脚尺寸 hf=6mm 2)焊接设计:正面角焊缝承担的轴心拉力设计值:N94281620022.146067.027.02wfff3fbhN侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值:N557184942816101500331NNN
4、所需每条侧面角焊缝的实际长度(受力的一侧有4 条侧缝):mm172620067.045571847.04fwff1fwhfhNhll取侧面焊缝实际长度175mm,则所需盖板长度:L=1752+10(盖板距离)=360mm。此加盖板的对接连接,盖板尺寸取-3604606mm,焊脚尺寸 hf=6mm 3.10.有一支托角钢,两边用角焊缝与柱相连。如图所示,钢材为 Q345-A,焊条为 E50型,手工焊,试确定焊缝厚度(焊缝有绕角,焊缝长度可以不减去2hf)。已知:外力设计值 N=400kN。解:已知:lw=200mm,N=400kN,2wfN/mm200f1)内力计算剪力:400kNVN弯矩:40
5、0 208000kN.mmMNe2)焊脚尺寸设计弯矩引起的焊缝应力:2ee232wefN/mm6002002108000626hhlhM名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 23 页 -.1501212200yc剪力产生的焊缝剪应力:2ee3wefN/mm10002002104002hhlhV所需焊脚尺寸:2f2e2e2f2ffN/mm200100022.1600wfhh5.57mm200100020022.160022eh7.79mm7.05.577.0efhh取焊脚尺寸 hf=8mm 焊缝构造要求:最大焊脚尺寸:1617)21(18)21(maxfthmm 最小焊脚
6、尺寸:7.6205.15.1minfthmm 取 hf=8mm满足焊缝构造要求。3.11 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=120mm。(注意力 N 对水平焊缝也有偏心)解:查附表 1.3:2wfN/mm160f1)初选焊脚尺寸最大焊脚尺寸:4.14122.12.1maxfthmm最小焊脚尺寸:2.5125.15.1minfthmm 取 hf=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yc名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3
7、页,共 23 页 -.mm1396)12200(262121502)12150(6212200)12200(2320062121502320012)12150()2200(22121502)2150(22200)2200(222002121502220012)2150(fffffffffffchhhhhhhhhhhy全部有效焊缝对中和轴的惯性矩:42322mm12954006)94139(1882.42121881882.42)1.261(62121502.42)61121.2()12150(2.4xI3)焊缝截面验算弯矩:mmkN1176012098NeM考虑弯矩由全部焊缝承担弯矩引起翼缘边
8、缘处的应力:23f1fN/mm7012954006)2.41261(1011760WM弯矩引起腹板边缘处的应力:23f2fN/mm126129540061391011760WM剪力由腹板承担,剪力在腹板焊缝中产生的剪应力:23wefN/mm6218867.021098lhV则腹板下边缘处的应力:2f2222f2ffN/mm160N/mm1206222.1126wf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hf=6mm,。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 23 页 -.3.13 如图(P115习题 3.13)所示梁与柱的连接中,钢材为Q235-B,弯矩
9、设计值M=100kN.m,剪力 V=600kN,试完成下列设计和验算:1)剪力 V 由支托焊缝承受,焊条采用E43 型,手工焊,求焊缝A 的高度 hf 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。解:2wfN/mm160f,2btN/mm170f,2emm353A1)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影响,焊缝计算通常取竖向剪力的1.21.3倍。正面角焊缝能承受的力:N5856016022.1300eewffe2hhfbhN侧面角焊缝能承受的力:N8000016025022eewfwe1hhf
10、lhN213.1NNV取所需焊脚尺寸:mm04.87.063.57.0mm63.58000058560106003.1f3ehehh,则取 hf=10mm 2)拉力螺栓验算:单个螺栓抗拉承载力设计值:N60010170353btebteefAN弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力:N60010N40000)100200300500600(260010100bt222226211NyMyNi满足。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 23 页 -.4524150kN40606040163.14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度,C 级螺栓 M20,所用钢材为Q235B,若改用
11、 M20 的 8.8 级高强度螺栓摩擦型连接(摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈)其承载力有何差别?解:1.采用普通螺栓连接查表:2bvN/mm140f,2btN/mm170f,2bcN/mm305f2emm245A1)内力计算剪力:kN07.106707.015045sinNV拉力:kN07.106707.015045cosNN2)螺栓强度验算单个螺栓受剪承载力:22bbvvv201 3.1414043960N=43.96kN44dNnf单个螺栓承压承载力:bbcc162030597600N=97.6kNNtdf单个螺栓受拉承载力:41.65kNN41650170245btebteefAN每个螺栓承受
12、均匀剪力和拉力:螺栓最大剪力(拉力)2 排 2 列:vt106.07=26.5kN224NNN拉-剪共同作用时:2222vtbbvt26.526.50.88 143.9641.65NNNNv26.5kN97.6kNbcNN满足。2.改用高强度螺栓摩擦型连接查表 3.5.2 8.8级 M20 高强螺栓预拉力 P=125kN,摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈=0.3 单个螺栓受剪承载力设计值:bvf0.90.9 1 0.3 12533.75kNNnP单个螺栓受拉承载力设计值:kN1001258.08.0btePN拉-剪共同作用:vtbbvt26.526.51.05133.75100NNNN连接不满足要求。
13、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 23 页 -.6010406060 60404060121260t=20mm6060404040606060603.15.如图所示螺栓连接采用Q235B 钢,C 级螺栓直径 d=20mm,求此连接最大能承受的 Fmax值。解:查附表 1.3:2bvN/mm140f,2bcN/mm305f查附表 1.1:2N/mm205f假设螺栓孔直径d0=21.5mm 单个螺栓受剪承载力:22bbvvv2023.1414087920N=87.92kN44dNnf单个螺栓承压承载力:bbcc2020305122000N=122kNNtdf此螺栓连接最
14、大能承受的轴力设计值:bmaxv13 87.921143kNFnN连接板件净截面面积A1(直线):210(3)20(320321.5)5110mmAt bd净截面面积 A2(折线):222220(240460605 21.5)6238mmA构件截面最大能承受的轴力设计值:max151102051048kNFA f所以此连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。3.16.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(钢板表面仅用钢丝清理浮锈)解:查表 3.5.2 10.9级 M20 高强螺栓预拉力P=
15、155kN,摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈=0.3 查附表 1.3高强度螺栓承压型连接:2bvN/mm310f,2bcN/mm470f1)摩擦型连接单个螺栓受剪承载力设计值:bvf0.90.920.3 15583.7kNNnP螺栓连接最大能承受的Fmax值:bmaxv1383.71088kNFnN构件截面最大能承受的轴力设计值:maxmax1/(10.5/)1048/(10.53/13)1184kNFFnn此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的Fmax=1088kN。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 23 页 -.2)承压型连接单个螺栓受剪承载力设计值(受剪面不在螺
16、纹处):22bbvvv2023.14310194680N=194.68kN44dNnf单个螺栓承压承载力设计值:bbcc2020470188000N=188kNNtdf此连接螺栓所能承受的最大轴力设计值:bmaxv13 1882444kNFnN构件截面最大能承受的轴力设计值:max151102051048kNFA f所以此高强度螺栓承压型连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 23 页 -.8060808080602020-14=550kN2L100 x80 x81006453.18.双角钢拉杆与柱的连接如图。拉力 N=5
17、50kN。钢材为 Q235B 钢,角钢与节点板、节点板与端板采用焊缝连接焊条采用E43 型焊条,端板与柱采用双排10.9 级 M20 高强度螺栓连接。构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理。试求:1)角钢与节点板连接的焊缝长度;2)节点板与端板的焊缝高度;3)验算高强度螺栓连接(分别按摩擦型和承压型连接考虑)。解:1)角钢与节点板连接的焊缝长度(两侧缝)已知 hf=6mm,查附表 1.3:2wfN/mm160f不等边角钢长肢相并(P73 表 3.3.1)K1=0.65,K2=0.35。角钢肢背所需焊缝计算长度:31w1wf0.6555010266mm20.76 160K Nlhef角钢肢尖所需焊缝
18、计算长度:32w2wf0.35550 10143mm20.76 160K Nlhef肢背焊缝长度:1w1f226626278mm280mmllh取肢尖焊缝长度:2w2f214326155mmllh2)节点板与端板的焊缝高度预选焊脚尺寸:最大焊脚尺寸:f max1.21.2 1416.8mmht,最小焊脚尺寸:f max1.51.5206.7mmht,取 hf=8mm。节点板与端板焊缝计算长度:wf24402 8424mmllh焊缝截面所受的剪力:cos455502/2388.9kNVN焊缝截面所受的拉力:sin455502/2388.9kNFN23ffffN/mm89.8142487.0210
19、9.388AVAF焊缝强度验算:2f2222f2ffN/mm160N/mm10689.8122.189.81wf所选焊脚尺寸满足要求。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页,共 23 页 -.3)验算高强度螺栓连接(分别按摩擦型和承压型连接考虑)查表 3.5.2 10.9级 M20 高强螺栓预拉力P=155kN,构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理 =0.35.a.摩擦型连接单个螺栓受剪承载力设计值:bvf0.90.91 0.35 15548.83kNNnP单个螺栓受拉承载力设计值:kN1241558.08.0btePN螺栓平均承受剪力=拉力:vt()388.9=38.89kN
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