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1、150N1钢结构设计原理作业标答3. 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/m65f 2wv/m180f不采用引弧板： 4tbl，不可。32w2tw101.5/65N/48flt改用斜对接焊缝：方法一：按规范取 =56，斜缝长度： m58320)9./50(2)6sin/50(2)sin/(w tbl3 wt1.8913N/m6N/Nflt322wcos50.54/180/vflt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
2、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/m0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：，取 t2=6mm125.460Atb由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，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。22020L2012518175065NN101) 确定焊脚尺寸
3、 最大焊脚尺寸： mmthtmax6f，最小焊脚尺寸： mm7.4105.1inf 取焊脚尺寸 hf=6mm2）焊接设计：正面角焊缝承担的轴心拉力设计值： N94281602.1467.027.0wff3 bhN侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值： 58915331 所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4 条侧缝）： m172607.417.04fwf1fw hNhl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=6mm3.10. 有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连。如图所示，钢
4、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：l w=200mm，N =400kN， 2wfN/m01） 内力计算剪力： 40kV弯矩： 280k.Me2）焊脚尺寸设计弯矩引起的焊缝应力：2e32wef N/m601806hlh3150212yc剪力产生的焊缝剪应力： 2e3wef N/m1024hlhV所需焊脚尺寸： 2f2ee2ff /0.160 wQ5.7m012.1602e h 7.905.fh取焊脚尺寸 hf=8mm焊缝构造要求：最大焊脚尺寸： mm167)2(18)(axf t最
5、小焊脚尺寸： mm.05.minf h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： 2wf/m1601） 初选焊脚尺寸最大焊脚尺寸： mm4.1.axf th最小焊脚尺寸： mm255.1inf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 yc4m139 6)120(62150)150( 6210332)50( )2(21
6、50)21( 2002)150( fff ffffffc hhh hhy全部有效焊缝对中和轴的惯性矩： 423 22m19506)43(18.42182.4 )1.(.)6.()50( xI3） 焊缝截面验算弯矩： kN7609NeM考虑弯矩由全部焊缝承担弯矩引起翼缘边缘处的应力：23f1f N/m70295406)2.1(76WM弯矩引起腹板边缘处的应力：23f2f /剪力由腹板承担，剪力在腹板焊缝中产生的剪应力： 23wef N/m6187.029lhV则腹板下边缘处的应力： 2f222ff N/m160/06.1 wQ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=6m
7、m,。53.13 如图（P115 习题 3.13）所示梁与柱的连接中，钢材为 Q235-B，弯矩设计值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 hf2）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/m602bt/170f 2em35A1） 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： N586012.30eewfe
8、2 hbhN侧面角焊缝能承受的力： 65f1 hl213.NV取所需焊脚尺寸： m04.873.50m63.580563. fe ehh， 则取 hf=10mm2） 拉力螺栓验算：单个螺栓抗拉承载力设计值： N601735btebte fAN弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力： 04)10230560(261bt221 yMNi满足。64524150kN060163.14.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 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/m
9、140f 2bt/170f 2bc/m3f2e5A1) 内力计算剪力： kN07.16.1504sinoNV拉力： c2） 螺栓强度验算单个螺栓受剪承载力：22bbvv013.4143960N=.k4dNnf单个螺栓承压承载力： bbcc6597.tf单个螺栓受拉承载力： 4165k012teteA每个螺栓承受均匀剪力和拉力：螺栓最大剪力（拉力）2 排 2 列： vt .7=2.NN拉-剪共同作用时：22vtbb6.5.0.814391N满足。v26.5k0.8，对 x、 y 轴属 b 类，假设=60，查附表 4.2：=0.807所需截面面积为：32450170m.82NAf查 P447 附表
10、 8.9 选择 HW414405，A=296.2cm 2，I x=93000cm4， Iy=31000cm4， ix=17.7cm，i y=10.2cm。验算所选截面（由于无孔洞削弱，不必验算强度）， 刚度满足1509.31760xil 15082.5106yil对 x，y 轴属 b 类， ，查表得：82.y 81.2.)3.(. 整体稳定验算：223 N/m05/1728014.5fAN型钢截面局部稳定满足不需验算。所选截面满足要求。21222048024516.4 在习题 6.3 所述平台柱的中点加一侧向支撑（l0y=3m） ，试重新设计。解：1）焊接工字形截面设计初选截面：翼缘为轧制边，
11、对 x 轴属 b 类，对 y 轴属 c 类，假设 =50，查附表4.3：=0.775所需截面面积为：32450170m.2NAf两主轴所需的回转半径为： ，0x65li0y3605li查 P410 附录 5，三块钢板焊成的工字形截面的系数， 1=0.43， 2=0.24，则所需截面轮廓尺寸为： ，13279m0.4xih260m.4yib考虑焊接工艺的要求，一般 h 不宜太小，若取 b=h0=400mm，则所需平均板厚：，板件偏厚。试选 bt=48020，腹板 hwtw=45012 如图所示：27.53Atb截面验算：（由于无孔洞削弱，不必验算强度）截面几何性质：2m4601250482A43
12、358891xI 702y，m216405xi m12463yi， 刚度满足5073.xil 150.40yil对 x 轴属 b 类，查表得：.2x 94.73.)9.6.(9.x 对 y 轴属 c 类， ，查表得： 504y 05040y整体稳定验算： 223 N/m/1952697. fAN局部稳定验算 00maxmax ， 取232124082140翼缘： 1325)01.(235)1.0(75.12048max1 yftb腹板：满足。4).().(.35axyw fth所选截面满足要求。3） H 型钢截面设计参照焊接工字形截面尺寸，选用宽翼缘 H 型钢， b/h0.8，对 x、 y 轴
13、属 b 类，假设=60，查附表 4.2：=0.807所需截面面积为：32450170m.82NAf查 P447 附表 8.9 选择 HW400408，A=251.5cm 2，I x=71100cm4， Iy=23800cm4， ix=16.8cm，i y=9.73cm。验算所选截面（由于无孔洞削弱，不必验算强度）， 刚度满足1507.31680xil 15083.0.970 yil对 x，y 轴属 b 类， ，查表得：.x 95.7.)9.(1x整体稳定验算： 223 N/m05/19625091.4fAN型钢截面局部稳定满足不需验算。所选截面满足要求。加了侧向支撑，用钢量减小。246.5 试
14、设计一桁架的轴心受压杆件。杆件采用等边角钢组成的 T 形截面（对称轴为 y轴） ，角钢间距为 12mm，轴心压力设计值 400kN，计算长度为l0x=2300mm， l0y=2900mm，钢材为 Q235。解：设 =70，截面对 x、y 轴均属 b 类，=0.751所需截面面积为：3240147m.752NAf初选截面：2L1007，A=2759mm 2， ix=30.9mm，i y=45.3mm。， 1043.9.02xil 1502.643.590yil8.258.170ybltb单轴对称截面，绕对称轴屈曲为弯扭屈曲，换算长细比：刚度满足。1504.7102947.0.645.01242y tlyz截面对 x、y 轴均属 b 类， 3.xyz查 P407 附表 4.2： 723.4.)76.(7.0x23 N/m15/2597.014fAN型钢截面局部稳定满足，不需验算。所选截面满足要求。
