第八章(焊缝、螺栓连接)--钢结构习题参考解答

《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第1页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月8.4有一工字形钢梁，采用I50a（Q235钢），承受荷载如图8-83所示。F=125kN，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值2205/wtfNmm，抗剪强度设计值2120/wvfNmm。验算此焊缝受力时是否安全。图8-83习题8.4解：依题意知焊缝截面特性：A=119.25cm2，Wx＝1858.9cm3,Ix=46472cm4,Sx=1084.1cm3,截面高度h=50cm，截面宽度b=158mm，翼缘厚t=20mm，腹板厚tw=12.0mm。假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S1=20×158×（250－10）=7.584×105mm3。对接焊缝受力：125VFkN；2250MFkNm焊缝应力验算：最大正应力：622325010134.5/205/1858.910wtxMNmmfNmmW最大剪应力：33224125101084.11024.3/120/464721012wxvxwVSNmmfNmmIt折算应力：22222201()3()123.74317.0127.2/205/wzstxxwhVSMNmmfNmmWhIt故焊缝满足要求。8.5图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值2f160/wfNmm。T=350kN，验算焊缝的受力。《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第2页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月图8-84习题8.5图8-84-1焊缝截面计算简图解：（注：焊缝上下翼缘长度114mm有些问题，应取2130210110ltmm，黄钜枝06年6月19日）如图8-84-1，截面特性计算如下：2(11425242882)0.75667.2fAhmm228820.73225.6wfAhmm32741288288[2882114(16)252()4]0.77.913101222ffIhmm焊缝受力：2247.52NTkN；2247.52VTkN；49.5MVekNm应力验算：危险点为a、b两点，下面分别验算：对a点：32247.51043.67/5667.2NaNNmmA62749.510160100.09/7.91310MaafMyNmmI2243.67100.09143.76/195.2/NMwaaffNmmfNmm对b点：32247.51076.73/3225.6VbwVNmmA243.67/NNbaNmm62749.51014490.16/7.91310MbbfMyNmmI22222290.1643.67()76.73133.87/160/1.22NMVwbbbffNmmfNmm故焊缝强度满足要求。8.6计算图8-85所示的工字形截面焊接梁在距支座5m拼接处的角焊缝。钢材为Q345钢，焊条为E50型，2f200/wfNmm，F=200kN。问：（1）腹板拼接处是否满足要求？（2）确定翼缘拼接板焊缝脚尺寸和长度。《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第3页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月图8-85习题8.6解：（1）根据结构力学知识，拼接处受力：200VFkN，2200MkNm，其中剪力由腹板承担，弯矩由工字梁的翼缘和腹板惯性矩的比值分配：23104112142045020710101.2191012xImm39411214202.861012wImm图8-85-1角焊缝计算简图9102.86102200516.161.21910wWxIMMkNmI1683.84fwMMMkNm经过分析，拼接板左右两侧受剪力与弯矩作用，相比较而言，右侧拼接板焊缝受力更不利，故以右侧拼接板焊缝验算。计算焊缝截面特性：21621622216.216221300mmx，116216.2145.8xmm由对称性得：12650yymm23941(16265021300)0.781.791012xImm232741{2[1621628116.2]130016.2}0.781.351012yImm941.8010fxyIIImm2216213000.789094.4fAmm将剪力、弯矩移至焊缝形心得到焊缝受力：200VkN；'516.162000.1588547.92wMkNm《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第4页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月焊缝验算：分析得A、B两点为危险点，下面分别验算：对A点：322001011.0/()29094.4VayfVNmmA6219'547.921065098.9/()221.8010MwaxfMyNmmI6219'547.9210145.822.2/()221.8010MwayfMxNmmI2222102.6/200/VMayayMwaxffNmmfNmm对B点，同理可得：211.0/()VbyNmm298.9/()MbxNmm22.5/()MbxNmm222281.5/200/MbyMVwbxbyffNmmfNmm故焊缝强度满足要求。（2）翼缘受轴力：61683.84101169.3142020fMNkNh对于角焊缝，一般要求1.5fht且(1~2)fht，取16fhmm由320.71169.310fwhl，计算得到：261wlmm故取280wlmm（一侧）便可以满足要求。8.7验算图8-86中桁架节点焊缝“A”是否满足要求，确定焊缝“B”、“C”的长度。已知焊缝A的角焊缝hf＝10mm，焊缝B、C的角焊缝hf=6mm。钢材为Q235钢。焊条用E43型，手工焊，2f160/wfNmm。在不利组合下杆件力为N1=150kN，N2=489.41kN，N3=230kN，N4=14.1kN，N5=250kN。图8-86习题8.7《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第5页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月解：焊缝A受力：21339.41VNNkN；339.410.22576.37MVekNm623376.37106290297.2/1758020.712wfwlMNmmhl32339.411041.8/20.727580fwVNmmhl22222297.241.889.9/160/1.22wffNmmfNmm故焊缝A的强度满足要求。对于焊缝B：肢背：30.7119.820.7wfwfwNflmmhl取130wlmm。肢尖：30.351.320.7wfwfwNflmmhl取60wlmm。对于焊缝C：肢背：50.7130.220.7wfwfwNflmmhl取140wlmm。肢尖：50.355.820.7wfwfwNflmmhl取65wlmm。8.8验算图8-87所示的角焊缝是否安全。已知：钢材为Q345钢，焊条为E50型，手工焊，hf＝10mm，2f200/wfNmm，F=160kN。图8-87习题8.8解：截面特性计算：《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第6页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月21901902253.11902300mmx；119053.1136.9xmm；12150yymm图8-87-1角焊缝计算简图23741(1901502300)0.7107.561012xImm232641{2[1901909553.1]30053.1}0.71018.61012yImm749.4210fxyIIImm221903000.7104760fAmm焊缝受力：160VFkN；160(0.5000.0531)71.5MkNm经过分析，危险点为A、B点，下面分别对A、B点作应力分析：对A点：321601016.8/()224760VayfVNmmA621771.51015057.0/()229.4210MaxfMyNmmI621771.510136.952.0/()229.4210MayfMxNmmI222280.2/200/VMayayMwaxffNmmfNmm对B点，同理可计算得：216.8/()VVbyayNmm；2157.0/()2MbxfMyNmmI622771.51053.120.1/()227.8310MbyfMxNmmI222246.8/200/MVMwbxbybyffNmmfNmm故知焊缝强度满足要求。8.9图8-88所示为一梁柱连接，M=100kN·m，V=600kN。钢材为Q235C钢。剪力V由支托承受，焊条用E43型，角焊缝的强度设计值2f160/wfNmm，端板厚14mm，支托厚20mm。（1）求角焊缝“A”的hf。（2）弯矩M由螺栓承受，4.8级螺栓M24，验算螺栓强度。2170/btfNmm。《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第7页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月图8-88习题8.98.10确定图8-90所示A级螺栓连接中的力F值。螺栓M20，N=250kN，钢板采用Q235B，厚度为t=10mm，螺栓材料为45号钢（8.8级），2320/bvfNmm，2405/bcfNmm。《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第8页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月图8-89习题8.108.11图8-90所示的螺栓连接，验算其受力。已知：钢材为Q235B钢，螺栓为C级普通螺栓，螺栓M20，F=60kN，螺栓抗拉强度设计值2170/btfNmm。图8-90习题8.11解：剪力60VFkN由承托承受，螺栓群仅受弯矩600.530MFekNm作用；在弯矩作用下，螺栓群绕低排转动：61max22222301032025280160240320iMyNkNy一个螺栓承载力为：2217.654517041.644bbettdNfkN由maxbtNN，知螺栓受力满足要求。《钢结构基本原理》（第二版）练习参考解答第八章：钢结构的连接第9页共14页黄矩枝制作dd丁霖xx修改2006年11月8.12图8-91所示的螺栓连接采用45号钢，A级8.8级螺栓，直径d=16mm，2320/bvfNmm，2405/bcfNmm。钢板是Q235钢，钢板厚度12mm，抗拉强度设计值2215/fNmm。求其连接能承受的Fmax值。图8-91习题8.12解：一个螺栓的抗剪承载力为：22216320128.744bbvvvdNnfkN一个螺栓的承压承载力设计值为：图8-91-1验算净截面201