钢结构案例分析

腹板焊缝的强度：
V 365 10 3 f 127 .8 N / mm 2 f fw 160 N / mm 2 (he 2lw 2 ) 2 0.7 6 340
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【例3.5】支托板与柱的角焊缝连接(图3.44)，板厚t=12mm，Q235钢材，采用 三面围焊，在焊缝群重心上作用有轴力N＝50kN，剪力V＝200kN，扭矩T＝ 160kN•m，手工焊，焊条用E43型，焊脚尺寸hf=10mm。(忽略起弧、落弧缺陷 的影响) 【要求】：验算该角焊缝强度。 【解】：焊缝有效计算截面如上图所示。 (1)计算有效截面几何特性 有效截面面积： Ae＝0.7×10×(2×400+400)=8400mm2 形心位置：
1
N sin 1100 10 3 sin 56 131 .3N/mm 2 f t w 185N/mm 2 l wt 579 12
剪应力为：
N cos 1100 10 3 cos 56 88.5N/mm 2 f vw 125N/mm 2 l wt 579 12
Tx A 160 10 6 (400 133 ) 104 .2 N / mm 2 8 Ip 4.1 10
V fy
T fy

T fx
Ty A 160 10 6 200 78 .0 N / mm 2 8 Ip 4.1 10
V T fy fy f
N 1100 10 3 192 .6 N/mm 2 f t w 185N/mm 2 l wt 476 12
不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5：l，即 tan 1.5、 56 o 。斜缝计算长度lw＝500/sin-2×12=579mm。故此时焊缝正应力为：
12 3 12 82 .32 3 99 .12
190 .4 N / mm 2 1.1 185 204 N / mm 2
均满足要求。
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【例3.3】承受轴心拉力的板件，采用上、下两块拼接板并采取角焊缝三边围焊连 接。已知板件宽度b1=400mm，厚度t1=18mm(图3-3-26)；承受轴心拉力N=1425kN ；两块拼接板的宽度b2=340mm，厚度t2=12mm；钢材为Q235。采用手工焊接， 焊条为E43。 【要求】：确定盖板尺寸。 1.选定焊脚尺寸 拼接盖板厚度t2=12mm>6mm，t2< t1，则
钢结构案例分析
【例3.1】图3.12中a=500mm，t=12mm，轴心拉力的设计值N=2150kN。钢材 为Q235-B· F，手工焊，焊条为E43型，三级焊缝，施焊时不用引弧板。
图3.12对接焊缝受轴心力 【要求】：验算图3.12(a)所示钢板的对接焊缝的强度。 【解】:直缝连接其计算长度lw＝500-2×12=476mm。焊缝正应力为
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(2)按不考虑腹板焊缝传递弯矩的计算方法 翼缘焊缝所承受的水平力：
M 127 .8 10 6 H 336 .3KN (h值近似取为翼缘中线间距离) h 380
翼缘焊缝的强度：
H 336 .3 10 3 f 150 .1N / mm 2 f f fw 195 N / mm 2 he1lw1 0.7 8 (210 2 95)
h f min 1.5 t1 1.5 18 7mm
h f max t 2 1 ~ 2mm 12 1 ~ 2 11mm或10 mm
图3.42 例3.3围焊缝计算
取角焊缝的焊脚尺寸hf＝8mm.
2.计算一条侧焊缝长度l N 2 f f fw heb2 4 f fw he l h f 1425 10 3 2 1.22 160 0.7 8 340 4 160 0.7 8 l 8 解、取整得 l＝200mm. 3.盖板长度上、下各一块拼接板的长度为
N nV
b V
d 2
4
f 1
b V
20 2
4
130 10 3 40.8KN
单栓的承压承载力设计值为：
b N c d tfcb 20 12 305 10 3 73.2 KN
b NV min 40.8KN
图3.69 例3.7普通螺栓抗剪扭连接设计
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翼缘焊缝的最大应力：
M h 127 .8 10 3 f1 205 .6 8 I w 2 1.88 10 139 .8 N / mm 2 f f fw 1.22 160 195 N / mm 2
腹板焊缝中设计控制点A由于弯矩M引起的应力： 170 f 2 140 115 .8 N / mm 205 .6 由于剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力：
Ix 1 1 260 (380 2 16) 3 (260 12) 380 3 3.81 10 8 mm 4 12 12
S x 260 16 198 190 12 190/2 1.04 10 6 mm 3
S x1 260 16 198 8.24 10 5 mm 3
L 2l 10 2 200 10 410mm
最后选定的上、下拼接板的尺寸为2—340×12×410。
5
【例3.4】图3.43（a）所示牛腿与钢柱的角焊缝连接中，钢材为Q235，焊条为 E43型，手工焊。荷载设计值N=365kN，偏心距e=350mm，焊脚尺寸hf1=8mm， hf2=6mm。图3.43(b)为焊缝有效截面。 【要求】：验算图3.43(a)所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。
V 365 10 3 f 127 .8 N / mm 2 (he 2lw 2 ) 2 0.7 6 340
则腹板焊缝的强度(A点为设计控制点)为：
2 f 2 115 .8 2 2 w 2 2 127 .8 159 .2 N / mm f f 160 N / mm f 1.22 f 2
I p I x I y 2.61 1.49 10 8 4.10 10 8 mm 4
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(2)验算危险点A的应力



N fx
N 50 10 3 6.0 N / mm 2 Ae 8400
V 200 10 3 23 .8 N / mm 2 Ae 8400
NV nV 4 fV 2 4 130 81681 .4 N 81.7 KN
N cb d tfcb 20 14 305 85400 .0 N 85.4 KN
b NV min 81.7 KN
2.设计连接螺栓 N n b 板件一侧所需螺栓数： N

N T fx fx
2


2
23.8 104 .2 2 6.0 78.0 1.22
2
134 .4 N / mm 2 f fw 160 N / mm 2
所以，此连接的焊缝强度满足要求。
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【例3.6】两块截面为14mm×400mm的钢板，采用双拼接板进行拼接，拼接板 厚8mm，钢材Q235，板件受轴向拉力N＝960kN，试用直径d＝20mm的C级普 通螺栓拼接。 【要求】：设计连接螺栓。 【解】：1.单栓承载力设计值： d 2 b 20 2 b
上翼缘和腹板交接处“l”点的正应力：
190 82.3N / mm 2 206 VS x1 550 10 3 8.24 10 5 1 99.1N/mm 2 f vw 125N/mm 2 8 lxt 3.81 10 12
1 max
由于“1”点同时受有较大的正应力和剪应力，故应验算折算应力：


( xi2 yi2 ) 5.28 10 5 mm 2
N1Tx
N1Ty
Ty1 60000 160 18.2 KN 2 2 5 xi yi 5.28 10
Tx1 60000 200 22.7 KN xi2 yi2 5.ຫໍສະໝຸດ Baidu8 10 5
V min
960 11.75 81.7
个，取12个。布置见下图。
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【例3.7】如图3.69所示节点是否满足要求。采用C级普通螺栓，螺栓直径d＝ 20mm ，孔径d0＝21.5mm，钢材Q235，支托板上荷载为F＝2×120kN。 【要求】：验算该节点是否满足要求。 【解】：(1)分析螺栓群受力，把偏心力F向形心简化，则螺栓群受力为 剪力： V＝120kN 扭矩： T＝120×500＝60000kN•mm 均对螺栓产生剪力。 (2)计算单栓承载力设计值 单栓抗剪承载力设计值：
x 2 0.7 10 400 200 133 mm 8400
图3.44 例3.5围焊缝抗扭计算
惯性矩：
1 I x 0.7 10 400 3 2 400 200 2 2.61 10 6 mm 4 12
1 2 I y 0.7 10 2 400 3 200 133 400 2 400 133 2 1.49 10 6 mm 4 12
这就说明当时，焊缝强度能够保证，可不必计算。 若不采用斜对接焊缝，可考虑加引弧板，这时直缝计算长度lw＝500mm 。焊缝正应力为：
N 1100 10 3 183 .3N/mm 2 f t w 185N/mm 2 l wt 500 12
满足要求（查附录1附表1.2焊缝的强度设计值时，注意板厚的影响）。
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(3)验算受力最大螺栓 经分析，受力最大的螺栓之一为“1”。
剪力作用下“1”号螺栓受力：
V N1 y
V 120 12.0 KN n 10
扭矩作用下“1”号螺栓受力：
xi2 10 200 2 4.0 10 5 mm 2
yi2 4 80 2 160 2 1.28 10 5 mm 2
图3.43 例3.4工字形牛腿角焊缝计算
【解】力N在角焊缝形心处引起剪力V=N=365kN和弯矩 M=Ne=365×0.35=127.8kN· m。 (1)考虑腹板焊缝参加传递弯矩的计算方法 为了计算方便，将图中尺寸尽可能取为整数。 全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为：
4.2 340 3 Iw 2 2 210 5.6 202 .82 4 95 5.6 172 .82 1.88 10 8 mm 4 12
3
2.受力情况 V=F=550KN, M=Fe=550×0.3=165KN· m 3.焊缝强度验算
max
max
h 6 2 165 10 206 89.2 N/mm 2 f w 185N/mm 2 t Iw 3.81 10 8 M
VS x 550 10 3 1.04 10 6 125 .1N/mm 2 f vw 125N/mm 2 8 lxt 3.81 10 12
2
【例3.2】图3.14所示连接中，已知：F=550kN(设计值)，偏心距e=300mm。 钢材为Q235-B· F，焊条为E43型，手工焊。三级焊缝。上、下翼缘加引弧板 施焊。
图3.14 【例3.2】图
【要求】：计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。 【解】:1.截面参数计算 因有引弧板，对接焊缝的计算截面与牛腿的截面相同，因而