钢结构课作业答案

P102GT3-6：试验算图3.102中牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。静力荷载设计值F=180kN。钢材用Q235-B，焊条E43型，手工焊，无引弧板，焊缝质量三级（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受。ftw=185N/mm2,fcw=215N/mm2,fvw=125N/mm2）解：一、分析：该连接为对接焊缝连接受偏心力F的作用，将F向焊缝群的形心简化，则焊缝受V和M的作用。其中V＝F=180kN，M＝Fe＝180×200=36×103kN.mm。按全截面受剪计算。危险截面在A点、1点和C点处。（注意：此时，B点只承受压应力，对接焊缝受压可不计算。）二、焊缝有效截面的几何特征1.形心：mmy6.9747004585001029010180)10(1029051018022901mmyy4.202)10290(122.惯性矩：32241290102901029010(202.4)18010(97.6)453135281222wImm3.面积矩：3116668056.9710180mmSw）（318.2050488.383681666802106.9710106.97mmSSww）（或者：3228.20482824.202104.202210mmyySw三、强度验算2232261A/125/4.8110453135288.20504810180/185/5.77453135286.971036mmNfmmNtIVSmmNfmmNIMywv∵2111/6.696.97106.975.7710mmNyyA2311/2.66104531352816668010180mmNtIVS∴22222121zs1,/5.2031851.11.1/1.1342.6636.693mmNfmmNwt所以，连接满足强度要求。11801029010有效截面M作用y1y2σ全截面受剪时仅腹板受剪时ττBAC图3.102习题62001030010200F-121P103GT3-8如图3.104所示中2L100×80×10（长肢相并）通过14mm厚的连接板和20mm厚的端板连接于柱的翼缘，钢材Q235-B，焊条E43型，使用引弧板，所承受的静力荷载设计值N=500kN。①确定角钢与连接板之间的焊脚尺寸。②取d1=d2=170mm，确定连接板和端板之间的焊脚尺寸。③改取d1=150mm，d2=190mm，验算上面确定的焊脚尺寸是否满足要求？解：1.确定角钢与连接板之间的焊脚尺寸1）分析：该连接为角钢与节点板的连接受轴心力作用。采用两面侧焊。2）选hf（由构造）mmhaxf6.5145.1t5.1mmmthf12102.12.1minmmmmhf9~82~1-10）（又mmhf7取3）求肢背焊缝、肢尖焊缝分担的力kNNkNkNNkN17550035.032550065.022114）确定焊缝的长度（由强度条件）mmNw20716077.021032516077.02311；mmNw11216077.021017516077.02322检验：，mmhmmfw420760602071且lw1b=100mm211288756,wfmmhmm且lw2b=100mm那么，焊缝的实际长度（题设使用引弧板，但实际工程中无法用）11220727221wfhmm取l1=220mm，或者225mm22211227126wfhmm，取l2=125mm，或者130mm.2.d1=d2=170mm时，确定连接板和端板间的焊脚尺寸1）分析：该链接为角焊缝连接受斜向力的作用，095.1345sin112of2）由强度条件确定hfwffwefhNwfff330h7.0210500f3mmhf2.6160095.13307.02105003注意：在以上的求解中，近似取mmw3301034010（此处按无引弧板考虑）。图3.10445°F=500kN(设计值)翼缘板t=20承托板连接板t=14竖向连接板t=202∟100×80×10d1d23）由构造要求确定hfmmhaxf7.6205.1t5.1mmmthf8.16142.12.1min由上述知：取hf=7mm。同时lw=340-2×7=326mm60hf=60×7=420mm，所以选取hf=7mm满足要求。3.当d1=150mm，d2=190mm时1）分析：该连接为角焊缝连接受偏心力作用，将力F向焊缝的形心O等效，则焊缝受N、V和M的共同作用。其中：N＝V=Fcos45°＝500×0.707＝353.6kNM=Ne=353.6×20=7072kN.mm。最不利点为A点。∵lw=340-2×7=326mm60hf=60×7=420mm，所以，焊缝全部长度有效。2)强度验算23/7.11032677.02106.353mmNhNweNf23/7.11032677.02106.353mmNhVweVf2232/8.4032677.0210702767.026mmNhMwfMf222222/160/3.166)7.110()22.17.1108.40()()(mmNfmmNwfVffNfMf∵△＝3.9％5%∴连接是安全的。P103GT3-9如图3.105所示牛腿与柱用角焊缝连接。钢材为Q235，焊条E43型，手工焊。焊脚尺寸hf=8mm，偏心距e=150mm，试求此链接所能承受的荷载F的设计值。解：一、分析：该连接为角焊缝的T型连接，受偏心力F的作用。将F向焊缝②、③的形心等效，则②、③受V和M的共同作用。其中：V=F，M=Fe=150F.最不利点在焊缝的C点二、焊缝有效截面的几何特征①.形心F③①③150121280A150200②BCA144.93264.9150190eOVN450F=500kNABmmy6.7328.352135.259044284.10432.6834.75024.11684.10434.202.6838.24.75026.5)6.5192(26.5)12134(6.51342)126.52(6.5)6.5192()8.26.512(6.5)12134(8.26.513426.51921mmy1366.736.512192:2则②4226.51923121223.1556409757.3824295.60446960.19336201.3761485)136(26.5)6.5192(26.5)6.5192(]8.2126.56.73[6.5)12134()8.26.73(6.5134mmIwf③329.114411363.15564097mmyIWwfwfc④25.420426.512-1346.513426.5)6.5192(mmAwf）（三、由强度条件确定F最不利点为C点FFWMwfcfC31031.19.114441150FFAVwffC31024.05.42042232322/160)1024.0()22.11031.1()(mmNfFFwffcffc23/1601006.015.1mmNFkNNF45.1451045.145101.116033∴连接所能承受的最大偏心力设计值F=145.45kN200－8－2×6＝1804.24.212焊缝①的受力情况N1M11925.65.65.6yx134y212125.6y1VMτfσf0P105GT3-12解：一、分析：该连接为普通螺栓受剪连接受偏心力作用，将偏心力F向栓群的形心等效，则栓群受剪力V和扭矩T的共同作用。其中：V＝F.cosa＝35×3/5=21kN，N=＝F.sina＝35×4/5=28kNT＝Ne1＋Ve2＝28（75＋75）＋21(130＋50）＝7980（kN.mm）。1号螺栓为最不利受力螺栓。二、一个螺栓的承载力设计值kN..fdnN.bVvbV96431014020143113241241抗剪：kN.ftdN.bcbc06110305102023承压：kNNb96.43min三、强度验算V的作用：kN.nVNVy2554211N的作用：kNnNNNX74281T的作用：kN.)()yx(yTNiiTx411845075757980222211kN.)()yx(xTNiiTy281245075507980222211kN.NkN.)..()(bnin9643873025528217)(18.41NN)N(NN222V1yT1y2N1xT1x1所以，连接满足要求。P105GT3－15已知：钢材Q235-B。8.8S级M22高强度螺栓摩擦型连接（板件接触面喷砂后涂无机富锌漆）。计算：（1）角钢与连接板的螺栓连接。(2)竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接（d1=150mm,d2=190mm）。解：一、设计角钢与连接板的连接（一）、分析：该连接为角钢与钢板的高强度螺栓摩擦型受剪连接受轴心力作用。取d0＝24mm。由P72表3.8知，∟100×80×10的角钢上，螺栓只能单行排列(见图b)。（二）、单个螺栓的承载力设计值kN...Pn.NfbV59415035029090（三）、求需要的螺栓的数目个取个635594500..NNnbVF15075130100345－20－10习题12图3.108aVNyOx341215075130100－20－10yOVNxT(a)45°F=500kN(设计值)翼缘板t=20连接板t=14竖向连接板t=202∟100×80×10d1d24555(b)100（四、）布置螺栓（注意：螺栓的边距、端距和中距及线距的要求）布置螺栓如图(c)（五）、验算1.螺栓承载力mmdmm3602415154008050199024150400111501101..d.则：kNNkN...NnbV500335615946990故螺栓满足承载力要求。2.净截面验算（仅对角钢计算，因为连接板的宽度尺寸未给）A0=17.2cm2(一个角钢的横截面积)∵An=2（A0-d0t）=2×（17.2－2.4×1.0）=29.6cm22231215815429601050061501501mm/Nfmm/N.).(AN)nn.(nn所以，连接满足要求二、竖向连接板与柱的翼缘板的连接(M22，8.8S级)（考虑d1=150mm，d2=190mm）一、分析：该连接为摩擦型连接高强度螺栓受偏心力F作用，将力F向水平方向和竖直方向分解（如图a）。则螺栓受N、V和M的共同作用，该连接为拉剪螺栓连接。其中：N=V=Fcos450=500×0.7071＝353.6kNM=Ne=353.6×20＝7072kN.mm二、螺栓排列时的构造要求（取d0＝24mm）三、布置螺栓初选6个8.8S级M22高强度螺栓，螺栓排列如图（b）所示，最不利螺栓为1号和6号螺栓。四、一个螺栓的设计承载力kN...Pn.NfbV254715035019090kN.P.Nbt1201508080五、强度验算500kN（c）