2023年鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理張耀春版課后習(xí)題答案

千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理張耀春版課后習(xí)題答案《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》作業(yè)標(biāo)答

3.銜接

3.8試設(shè)計如圖所示的對接銜接（直縫或斜縫）。軸力拉力設(shè)計值N=1500kN，鋼材Q345-A，

焊條E50型，手工焊，焊縫質(zhì)量三級。

解：三級焊縫

N

N

500

查附表

1.3：

ftw

265N/mm2，

f

wv

180N/mm

2

10

不采納引弧板：lwb2t500210480mm

Nlwt

1500103

48010

312.5N/mm2

ftw

265N/mm2，不行。

改用斜對接焊縫：辦法一：按規(guī)范取θ=56°，斜縫長度：

lw(b/sin)2t(500/sin56)20(500/0.829)20583mm

Nsinlwt

15001030.82958310

213N/mm2

ftw

265N/mm2

Ncoslwt

15001030.55958310

144N/mm2

fvw

180N/mm2

設(shè)計滿足要求。

辦法二：以θ作為未知數(shù)求解所需的最小斜縫長度。此時設(shè)置引弧板求解便利些。

3.9條件同習(xí)題3.8，受靜力荷載，試設(shè)計加蓋板的對接銜接。解：依題意設(shè)計加蓋板的對接銜接，采納角焊縫銜接。

查附表

1.3：

f

wf

200N/mm2

試選蓋板鋼材Q345-A，E50型焊條，手工焊。設(shè)蓋板寬b=460mm，為保證蓋板與連

接件等強(qiáng)，兩塊蓋板截面面積之和應(yīng)不小于構(gòu)件截面面積。所需蓋板厚度：

t2

A12b

500102460

5.4mm

，取

t2=6mm

因為被銜接板件較薄t=10mm，僅用兩側(cè)縫銜接，蓋板寬b不宜大于190，要保證與母

材等強(qiáng)，則蓋板厚則不小于14mm。所以此蓋板銜接不宜僅用兩側(cè)縫銜接，先采納三面

圍焊。

1

1)確定焊腳尺寸最大焊腳尺寸：t6mm，hfmaxtmm

最小焊腳尺寸：hfmin1.5t1.5104.7mm

取焊腳尺寸hf=6mm2）焊接設(shè)計：正面角焊縫擔(dān)當(dāng)?shù)妮S心拉力設(shè)計值：

N320.7hfbfffw20.764601.22200942816N側(cè)面角焊縫擔(dān)當(dāng)?shù)妮S心拉力設(shè)計值：

N1NN31500103942816557184N所需每條側(cè)面角焊縫的實際長度（受力的一側(cè)有4條側(cè)縫）：

llw

hf

N140.7hf

f

wf

hf

55718440.76200

6172mm

取側(cè)面焊縫實際長度175mm，則所需蓋板長度：

17510175

L=175×2+10(蓋板距離)=360mm。

N

N

∴此加蓋板的對接銜接，蓋板尺寸取-360×460×

6mm，焊腳尺寸hf=6mm

66500

10

200

3.10.有一支托角鋼，兩邊用角焊縫與柱相連。如圖所示，鋼材為Q345-A，焊條為E50

型，手工焊，試確定焊縫厚度（焊縫有繞角，焊縫長度可以不減去2hf）。已知：外力設(shè)

計值N=400kN。

20

解：

已知：lw=200mm，N=400kN，

f

wf

200N/mm2

1）內(nèi)力計算

剪力：VN400kN彎矩：MNe400208000kN.mm

L200×125×18

2）焊腳尺寸設(shè)計

彎矩引起的焊縫應(yīng)力：f

6M2helw2

6800010322022he

600N/mm2he

2

剪力產(chǎn)生的焊縫剪應(yīng)力：f

V2helw

4001032200he

1000N/mm2he

所需焊腳尺寸：

ff

2

f2

2

2

6001.22he

1000he

ffw200N/mm2

he

600

2

1.22200

10002200

5.57mmhf

he0.7

5.577.79mm0.7

取焊腳尺寸hf=8mm

焊縫構(gòu)造要求：

最大焊腳尺寸：hfmaxt(12)18(12)1716mm

最小焊腳尺寸：hfmin1.5t1.5206.7mm取hf=8mm滿足焊縫構(gòu)造要求。

3.11試設(shè)計如圖（P114習(xí)題3.11）所示牛腿與柱的角焊縫銜接。鋼材Q235-B，焊條E43型，手工焊，外力設(shè)計值N=98kN，（靜力荷載），偏心e=120mm。（注重力N對水平焊縫也有偏心）

解：查附表

1.3：

f

wf

160N/mm2

1）初選焊腳尺寸

150

最大焊腳尺寸：hfmax1.2t1.21214.4mm

yc20012

最小焊腳尺寸：hfmin1.5t1.5125.2mm

取hf=6mm滿足焊縫構(gòu)造要求。

2）焊縫截面幾何性質(zhì)

12

焊縫截面形心距腹板下邊緣的距離yc

3

yc

(1502hf

)12

200

hf2

2150122

hf

200

hf2

2(200

2hf

(150

2hf

)

2

150122

hf

2

(200

2hf

)hf

)2002hf2

hf

(150

12)

12

200

3

2

150122

6

200

3

2

(200

12)

2002

12

6

(150

12)

2

1502

12

6

2

(200

12)

6

139mm

所有有效焊縫對中和軸的慣性矩：

Ix

4.2(15012)(2.11261)2

24.2150122

6(612.1)2

24.2188188324.2188(13994)212954006mm412

3）焊縫截面驗算

彎矩：MNe9812011760kNmm

考慮彎矩由所有焊縫擔(dān)當(dāng)

彎矩引起翼緣邊緣處的應(yīng)力：f

MWf1

11760103(61124.2)12954006

70N/mm2

彎矩引起腹板邊緣處的應(yīng)力：f

MWf2

11760103139126N/mm212954006

剪力由腹板擔(dān)當(dāng)，剪力在腹板焊縫中產(chǎn)生的剪應(yīng)力：

f

Vhelw

9810362N/mm220.76188

則腹板下邊緣處的應(yīng)力：

ff

2

f2

12621.22

622

120N/mm2

f

wf

160N/mm2

所設(shè)焊腳尺寸滿足要求。

所以此牛腿與柱的銜接角焊縫焊腳尺寸取hf=6mm,。

4

3.13如圖（P115習(xí)題3.13）所示梁與柱的銜接中，鋼材為Q235-B，彎矩設(shè)計值M=100kN.m，剪力V=600kN，試完成下列設(shè)計和驗算：1）剪力V由支托焊縫承受，焊條采納E43型，手工焊，求焊縫A的高度hf2）彎矩M由一般螺栓承受，螺栓直徑24mm，驗算螺栓是否滿足要求。

解：

f

wf

160N/mm2,

ftb

170N/mm

2，Ae

353mm2

1）支托焊腳尺寸計算支托采納三面圍焊，且有繞角焊縫，不計焊縫起落弧的不利影響，同時考慮剪力傳力

偏心和傳力不勻稱等的影響，焊縫計算通常取豎向剪力的1.2~1.3倍。

正面角焊縫能承受的力：N2hebfffw3001.22160he58560heN

側(cè)面角焊縫能承受的力：N1

2helw

f

wf

2250

160he

80000heN

取1.3VN1N2

所需焊腳尺寸：he

1.3600103

5856080000

5.63mm，則hf

he5.638.04mm0.70.7

取hf=10mm2）拉力螺栓驗算：

單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值：

N

bte

Ae

fbte

35317060010N

彎矩作用最大受力螺栓所承受的拉力：

N1

My1yi2

2(6002

100106600500230022022

1002)

40000N

N

bt

60010N

滿足。

5

3.14.實驗算如圖所示拉力螺栓銜接的強(qiáng)度，C級螺栓M20，所用鋼材為Q235B，若改用

M20的8.8級高強(qiáng)度螺栓摩擦型銜接（摩擦面僅用鋼絲刷清除浮銹）其承載力有何差別？

解：1.采納一般螺栓銜接

150kN

40606040

查表：

f

bv

140N/mm

2

,

f

bt

170N/mm

2

，

f

bc

305N/mm

2

45°

Ae245mm2

1)內(nèi)力計算

2416

剪力：VNsin451500.707106.07kN

拉力：NNcos451500.707106.07kN2）螺栓強(qiáng)度驗算

單個螺栓受剪承載力：

N

bv

d2nv4

f

bv

20213.1414043960N=43.96kN

4

單個螺栓承壓承載力：

N

bc

tdfcb

1620305

97600N=97.6kN

單個螺栓受拉承載力：

N

bte

Ae

fbte

24517041650N41.65kN

每個螺栓承受勻稱剪力和拉力：

螺栓最大剪力（拉力）2

排

2

列：

Nv

Nt

N22

106.074

=26.5kN

拉-剪共同作用時：

2

2

NvNvb

NtNtb

26.5

2

43.96

26.541.65

2

0.881

Nv

26.5kN0.8，對x、y軸屬b類，假設(shè)λ=60，查附表4.2：φ=0.807

所需截面面積為：AN450010327201mm2f0.807215

查P447附表8.9挑選HW414×405，A=296.2cm2，Ix=93000cm4，Iy=31000cm4，ix=17.7cm，iy=10.2cm。驗算所選截面（因為無孔洞減弱，不必驗算強(qiáng)度）

x

l0xix

6000177

33.9

150

，y

l0yiy

600058.82150

102

剛度滿足

對x，y軸屬b類，y58.82，查表得：y0.818(0.8180.813)0.820.814

整體穩(wěn)定驗算：

405

28

414

N4500103187N/mm2f205N/mm2A0.81428000

型鋼截面局部穩(wěn)定滿足不需驗算。

18

所選截面滿足要求。

28

20

6.4在習(xí)題6.3所述平臺柱的中點加一側(cè)向支撐（l0y=3m），試重新設(shè)計。解：1）焊接工字形截面設(shè)計初選截面：翼緣為軋制邊，對x軸屬b類，對y軸屬c類，假設(shè)λ=50，查附表4.3：φ=0.775

所需截面面積為：AN450010327007mm2f0.775215

兩主軸所需的回轉(zhuǎn)半徑為：ix

l0x

600050

120，iy

l0y

300050

60

查P410附錄5，三塊鋼板焊成的工字形截面的系數(shù)，α1=0.43，α2=0.24，則所需截面輪

廓尺寸為：hix130279mm，biy60250mm

10.43

20.24

考慮焊接工藝的要求，普通h不宜太小，若取b=h0=400mm，則所需平均板厚：

tA2700722.5mm，板件偏厚。試選bt=480×20，腹板hwtw=450×12如圖所示：3b3400

截面驗算：（因為無孔洞減弱，不必驗算強(qiáng)度）

480

截面幾何性質(zhì)：

2045020

A2480204501224600mm2

1

Ix12

48049034684503

115208500mm4

12

Iy

112

2204803450123

368704800mm4

ix

11520850024600

216mm，iy

36870480024600

122mm

x

l0xix

6000216

27.73150，y

l0yiy

300024.50150剛度滿足

122

對

x

軸屬

b

類，x

27.73

查表得：，

x

0.946

(0.946

0.943)0.73

0.944

對y軸屬c類，y24.50，查表得：y0.940(0.9400.934)0.50.937

整體穩(wěn)定驗算：N4500103195N/mm2f205N/mm2A0.93724600

局部穩(wěn)定驗算max27.3930，取max30

21

翼緣：b1t

48010220

11.75

(100.1max)

235(100.130)

fy

23513235

腹板：hwtw

45012

37.5(250.5max)

235(250.530)fy

23540235

滿足。

所選截面滿足要求。

3）H型鋼截面設(shè)計參照焊接工字形截面尺寸，選用寬翼緣H型鋼，b/h>0.8，對x、y軸屬b類，假設(shè)λ=60，

查附表4.2：φ=0.807

所需截面面積為：AN450010327201mm2f0.807215

查P447附表8.9挑選HW400×408，A=251.5cm2，Ix=71100cm4，Iy=23800cm4，ix=16.8cm，iy=9.73cm。驗算所選截面（因為無孔洞減弱，不必驗算強(qiáng)度）

x

l0xix

6000168

35.71150，y

l0yiy

300030.83150

97.3

剛度滿足

對x，y軸屬b類，x35.71，查表得：x0.918(0.9180.914)0.710.915

整體穩(wěn)定驗算：

408

21

400

N4500103196N/mm2f205N/mm2A0.9152