钢结构设计原理张耀春版课后习题答案.docx
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钢结构设计原理张耀春版课后习题答案
《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:
f/265N/mm2,
N1500103312.5N/mm2
lwt48010
改用斜对接焊缝:
方法一:
按规范取()二56。
斜缝长度:
L(b/sin)
2t(500/sin56)20(500/0.829)20583mm
Nsin
1500103
0.829213N/mm2
f;
265N/mm2
Lt
583
10
Ncos
1500103
0.559144N/mm2
fvw
180N/mm2
Lt
583
10
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:
ff200N/mm"
试选盖板钢材Q345-A,E50型焊条,手工焊。
设盖板宽b二460mm,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:
~3ooro
t2
2b
5.4mm,取t2=6mm
2460
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,先采用三而围焊。
1
最小焊脚尺寸:
hfmin1.5-^/t1.54.7mm
取焊脚尺寸hf=6mm
2)焊接设计:
正而角焊缝承担的轴心拉力设计值:
N320.7hfbff/20.764601.22200942816N
侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值:
N】NN31500103942816557184N
1)内力计算
400kN
L200X125X18
2)焊脚尺寸设计
6M
68000103
600N/mm2
弯矩引起的焊缝应力:
2hel;
22002he
2
剪力产生的焊缝剪应力:
所需焊脚尺寸:
If
—2
I
2
2
*
600
1000
he
1.22200
200
取焊脚尺寸hf=8mm
焊缝构造要求:
最大焊脚尺寸:
hf
max
ty
最小焊脚尺寸:
hf
min
1.5t
取hf=8mm满足焊缝构造要求。
Q
―2
ff200N/mm:
600
1000
f
1.22he
h€
he
5.57
5.57mmhf
7.79mm
0.7
0.7
2)严1
2)17
16mm
1.520
6.7mm
10010:
LQQ£)N/mm"
2h丄2200hehe
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二120mm。
(注意力N对水平焊缝也有偏心)
解:
查附表1.3:
h
160N/mm2
1)初选焊脚尺寸
最大焊脚尺寸:
max
1.21.212J_14.4
hf
/厂
mm
hfmin
1.5t1.5125.2
最小焊脚尺寸:
mm
f
取h=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
IX
002
(1502hJ12
hf
15012
hf
hf
2002
(200
2hf)
2002hf
200
r\
2
2
2
2
Ye
150
12
(150
2hf)
2
hf2(200
2hf)hf
2
6
^3——
3W
-i3—
(15012)1220032
6
20032
(200
12)
2
2
15012
(15012)
2
2
62(200
12)
6
139mm
全部有效焊缝对中和轴的惯性矩:
T4°(1口“"、
(2.11261)
22
4.215012
6(612.I)2
丄:
•:
a•1丄0UJLn)
2
24.21881883
24.2188(139
94)212954006mm1
12
3)焊缝截而验算
哋MNe98120
11760kNmm
考虑弯矩由全部焊缝承担
弯矩引起翼缘边缘处的应力:
f
M
11760103
(61
124.2)70N/mm2
Tfl
12954006
弯矩引起腹板边缘处的应力:
f
M
11760103
139
126N/mm2
Tf2
12954006
剪力甫腹板承担,勢力在腹板焊缝中产生的剪应力:
V98103
f62N/mm
|~hT20.f6188
Y则腹板下边缘处弘力:
22
120N/mm2f/160N/mm_
hf=6mm,。
ff126622
2
f1.22
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
Q235-B,弯矩设计值
3.13如图(P115习题3.13)所示梁与柱的连接中,钢材为
M二lOOkN.m剪力V=600kN,
1)剪力V由支托焊缝承受,
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。
160N/mm217ON/mm"
.Ae353mnT
1)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
取1.3VN】N2
取hf=10mm2)拉力螺栓验算:
单个螺栓抗拉承载力设计值:
Nte弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力:
Af丄ete
353
17060010N
NiMy】
9
Yi_
100106600
2(60025002300220021002)
40000NN?
60010N
满足。
3・14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度,
C级螺栓\120,所用钢材为Q235B,若改用
M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接(摩擦而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
b
查表:
fv
140N/mm
2b
170N/mm.fc
305N/mm
Ae245mm
1)内力计算
2
剪力:
Nsin45
150
0.707106.07kN
拉力:
Ncos45
150
0.707106.07kN
2)螺栓强度验算
单个螺栓受剪承载力:
b
Nv
d2
b
fv1
202
3.14
4
14043960N二43.96kN
单个螺栓承压承载力:
tdfc
1620
30597600N=97.6kN
单个螺栓受拉承载力:
AefA
245170
41650N41.65kN
每个螺栓承受均匀剪力丙
螺栓最大剪力(拉力)
2排2列:
Nv
N
22
2
26.5
106
nj7=26T5kN
4
2
26.5
拉-剪共同作用时:
0.881
Nv26.5kN N? 43.96 41.65 97.6kX 满足。 2.改用高强度螺栓摩擦型连接 查表3.5.28.8级M20 单个螺栓受剪承载力设计值1 高强螺栓预拉力P=125kX, Rb0.9nfP0.91 摩擦而仅用钢丝刷清除浮锈u=0.3 0.312533.75kN 单个螺栓受拉承载力设计值: 拉-剪共同作用: 丹汕 N? N? Ntbe0.8P0.8125lOOkN 26.526.51.051 33.75100 连接不满足要求。 3・15・如图所示螺栓连接采用 Fmax值o 解: 查附表1・3: 6 FT。 口丄口」—L“IIIII 6 0 6 0 2 4 查附表1.1: f 205N/mm 2 1 假设螺栓孔直径do =21.5mm 2 fvl40N/mm 305N/mm 1 t=20mm 单个螺栓受剪承载力: 单个螺栓承压承载力: N? nvd2f? 23.1420214087920287.92kN 44 tdf? 2020305122000N二122kN 此螺栓连接最大能承受的轴力设计值: 连接板件净截而面积A1(直线): 处 净截面面积A2(折线): A220(2 构件截面最大能承受的轴力设计值: 所以此连接最大能承受的轴力设计值 maxnN, t(b3do)2O 1387.921143kN (320321.5)5110mm2 404 602 602 521.5)6238mm2 Fmax Aif 5110 2051048kN Fmax=1048kNo 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(钢板表而仅用钢丝清理浮锈) 解: 查表3.5.210.9级M20高强螺栓预拉力 P=155kX,摩擦而仅用钢丝刷清除浮锈 査附表1.3高强度螺栓承压型连接: fv 2 310N/mm,fc b2 470N/mm 1)摩擦型连接 单个螺栓受剪承载力设计值: 0.9n£ 0.920.3 15583.7kN 螺栓连接最大能承受的Fmax值: 卩论 1383.71088kN 构件截而最大能承受的轴力设计值: F^/d0・5m/n)1048/(1 0.53/13) 1184kN 此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的 Fmax=1088kNo 2)承压型连接 单个螺栓受剪承载力设计值 (受剪面不在螺纹处): b Nvflv d2b —fv23.14 4 202 —310194680N二194.68kN
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