《【课件】钢结构的连接》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【课件】钢结构的连接（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章：钢结构的连接练习与作业（附答案）：例题 3.1 试计算图 31（a）所示牛腿与柱连接的对接焊缝所能承受的最大荷载 F（设计值） 。钢材为 Q235，焊条为 E43 型，手工焊，施焊时不用引弧板，焊缝质量为三级。图 31 牛腿与柱用对接焊缝连接解：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mm8.7910524106.01 ymm.78.925(2)焊缝计算截面的几何特征cm42548.7167.415.02.4123 xI腹板焊缝计算截面的面积：cm2.3.wA2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：（KNmm）FeM160y21xab a
2、 v bF() （KN）FV查表得： N/mm2， N/mm2， N/mm215wcf 185wtf 15wvf点 a 的拉应力 ，且要求 MaMatfN/mm218552.012457960431 wtx fFFIy解得： KN7.35F点 b 的压应力 ，且要求 MbMbwcfN/mm2151.02452716432 wcx fFFIy解得： KN7.193F由 产生的剪应力 ，且要求 VVVwfN/mm2 1543.015.232fF解得： KN7.290F点 b 的折算应力，且要求起步大于 1.1 wtfwtVMb fF1.43.01.3222 解得： KN2.15F故此焊缝所能承受的
3、最大荷载设计值 F 为 152.2KN。例题 3.2 如图 33 所示两块钢板的对接连接焊缝，已知偏心拉力 F =420KN，钢材为 Q235，焊缝 E43 型，手工焊，施焊时采用引弧板，试问此对接焊缝需采用哪种质量等级就可以满足其强度要求？105FFab M+= AX6 N M N 图 33 对接焊缝受偏心力作用解：分析：由已知条件，此对接焊缝承受偏心拉力 F 产生的弯矩 M 和轴心拉力 N 的共同作用，在 M 作用下，a 点产生最大的拉应力 ，b 点产生最大的压应力 ；在 N 作用下，M焊缝均匀受拉，各点拉应力均为 。由此可见，a 点为最危险点，因此，只需计算 a 点N的合应力，就能确定需
4、要哪个等级质量的焊缝。1将偏心力 F 向焊缝形心简化，得：KNmm6301542eKNN2 计算在 M、 N 作用下 a 点的应力N/mm21056322wMtlN/mm271043Ntla 点的合应力 N/mm275M3查表知，焊缝质量为一、二级时， N/mm2，焊缝质量为三级时的5wtfN/mm2，由此可见，此对接焊缝只需焊缝质量为三级时就能满足强度要求。185wtf当 F =480KN 时，与上述相同的方法计算得： N/mm2， N/mm2，故 a10M80N点的合应力 N/mm2。很显然焊缝质量为三级时，则不能满足强度要求，0NM只能经过一、二级焊缝质量才能满足强度要求。例题 3.3
5、如图 34 所示角钢,两边用直角角焊缝(绕角焊)和柱翼缘相连接,钢材为 Q235,焊条 E43 型,手工焊,承受静力荷载 F =150KN,试确定所需的最小焊角尺寸 hf 。 140*910Fab30140 ab16图 34解:其计算步骤如下：(1)确定焊缝有效截面的几何特征值 Af、 Wf；(2)计算危险点 a（或点 b）在 M 和 V 作用下的应力 和 ；MfVf(3)确定焊脚尺寸 hf。首先由公式(3.18)求得此焊缝连接所需的焊脚尺寸 hf，再根据构造要求，决定其最小的焊脚尺寸。例题 3.4 如图 35 所示，双角钢和节点板用直角角焊缝连接，钢材为 16Mn钢，焊条 E50 型,手工焊
6、、采用侧焊缝连接，肢背、肢尖的焊缝长度 均为 300mm，焊脚尺l寸 h f为 8mm，试问在轴心力 N = 1200KN 作用下，此连接焊缝是否能满足强度要求？若不能则应采用什么措施，且如何验算？ NNt=12 140*9l 图 35 双角钢和节点板的焊缝连接解：查角钢角焊缝的内力分配系数表得，k 1=0.65，k 2=0.35；查焊缝强度表得200 N/mm2wf一条肢背焊缝的计算长度 300-10 290mm，要求 8h f和 40mm 60 hf，显然符1l 1wl合构造要求。肢背焊缝所能承担的力 ：1NKN7801265.0k则其焊缝强度为： N/mm21.4029.17.31wff
7、 lh 200 N/mm2f故此连接不能满足强度要求。应采取以下措施：1 增加肢背焊缝的长度mm2.34807.2187.0211 wffwhNl因此，肢背焊缝的长度必须加长到 mm mm，才能使.5341l 9其满足强度要求。采用这种方法，就会增加节点板的尺寸。而此时肢尖焊缝的应力 N/mm2 200 N/mm2，满.92087.5Nf wf足强度要求，且可以适当减小其焊缝长度。2 增加肢背焊缝的焊脚尺寸根据构造要求，肢背焊缝最大的焊脚尺寸 mm。120.21maxthf而实际所需的焊脚尺寸为 mmfh 6.9207.287.0231wflN因此，将肢背焊缝的焊脚尺寸增加到 10mm 就能使
8、此连接满足强度要求。3 改用三面围焊首先计算正面角焊缝所能承担的力 ：3Nwfwflh2.17.0233KN6.3820.48. 求肢背焊缝所能承担的力 ：1NKN7.5.1265.023 k则 N/mm2.1897.087. 31wff lh 200 N/mm2wf满足强度要求。例题 3.5 如图 3.6 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，焊脚尺寸 hf=10mm,ffw=160N/mm2,受静力荷载作用，试求：1.只承受 F 作用时，最大的轴向力 F=？2.只承受 P 作用时，最大的斜向力 P=？3.若受 F 和 P 的共同作用，已知 F=250K
9、N,P=150KN,此焊缝是否安全？解：分析：根据已知条件，可将斜向力 P 向焊缝形心简化得 M、N、V,将 F 向焊缝形心简化只得 N。M、N 使焊缝有效截面产生应力 Mf、 Nf，而剪力 V 则产生应力 vf,最后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，并可进行焊缝强度验算。一条焊缝的计算长度 lw=30010=290mm,符合构造要求。 1.在力 F 作用下，焊缝属于正面角焊缝，由公式得：Fmax=0.7hfl w ffw=0.71022901.2216010-3=792.5KN2.将斜向力 P 向焊缝形心简化得：M =0.8Pe=80P(KNmm)， V =0.8
10、P(KN)N =0.6P(KN) 图 2计算在各力作用下产生的应力： Mf =6M/(20.7hflw2) 图 3.6=680P103/(20.7102902)=0.408P(N/mm2) Nf =N/(20.7hflw)=0.6P103/(20.710290)=0.148P(N/mm2) vf =V/(20.7hflw)=0.8P103/（20.710290）=0.197P(N/mm 2)将 Mf、 Nf、 vf的值代入公式： wfVfNfMf 22.1得 P max=322.3KN3.将力 F、P 向焊缝形心简化得：V =0.8P=0.8150=120 KNN =F0.6P=2500.61
11、50=340 KNM =0.8Pe=0.8150100=12103KNmm Mf=612103103/（20.710290 2）=61.2N/mm 2 Nf=340103/（20.710290）=83.7N/mm 2 vf=120103/（20.710290）=29.6N/mm 2N/mm2 ffw=160N/mm24.12.12VfNfMf满足强度要求。此强度还比较富裕，可以考虑适当减少焊脚尺寸或焊缝长度，以使更加经济、更加合理。例题 3.6 如图 37 所示牛腿板，钢材为 Q235，焊条 E43 型，手工焊，焊脚尺寸 h f = 8mm，确定焊缝连接的最大承载力，并验算牛腿板的强度。图 3
12、7解：82020t=1230FX 5.6305.62XXXOyyabx1 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。由于焊缝是连续围焊，实际长度比板边长度长，所以焊缝的计算长度可取板边长度，每端不减 5mm。焊缝的形心位置：cm71.53028.072x围焊缝的惯性矩：cm46301512. 2xIcm417.07.5308.7 23 yIcm487160 yxII(2)将力 F 向焊缝形心简化得：(KNmm)FT9.32.572(KN)V(3)计算角焊缝有效截面上 a 点各应力的分量:(N/mm2)FFITryfa 64.0180759.3424
13、30 (N/mm2)IxTfa .172.430 (N/mm2)FFAVffa 6.08.302(4)求最大承载力 Fmax根据角焊缝基本计算公式，a 点的合应力应小于或等于 ，即:wf = 160 N/mm22264.0.1620F f解得 F165.9KN故 Fmax=165.9KN2验算牛腿板的强度钢板-截面受力最大，承受弯矩 M =200F(KNmm)和剪力 V = F(KN)的作用。由 26thWf得 N/mm21530126fF解得 F = 193.5KN由 thv5.f得 N/mm213012.vf解得 F = 300KN故此钢板能承受的最大荷载设计值 F =193.5KN，而焊
14、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，也可加大焊缝的焊脚尺寸 hf。其计算方法如下：(1)减少钢板的厚度 t由 得 mm26thMf 3.1032159.602t取 t=11mm。(2)加大焊缝的焊脚尺寸 hf（单位为 mm）(cm4) (cm4)fxI5.78fyhI3.21(cm4)fyxII8.00N/mm2ffTfa hh5918.93424N/mm2ffTfa 4.70.1.2543N/mm2ffVfa h9.7.32019N/mm21605.4.1/4.722 wffffh解得 =9.3mmfh由构造要求知 mm，故取 =10mm。102maxtf fh例题.，图 37 所示，将上题的焊接连接改用螺栓连接，钢材为 Q235， F =100KN，采用 M20 普通螺栓（C 级） ，孔径 d 0 =21.5mm，试验算此
