钢结构设计原理课后习题答案(张耀春版)

《钢结构设计原理》
三. 连接
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。
N
N
500
解：
10
三级焊缝
查附表：
f tw
265 N/mm 2 ，
f
w v
180 N/mm 2
不采用引弧板： lw b 2t 500 2 10 480 mm
N lwt
1500103 480 10
312.5N/mm2
ftw
265N/mm2 ，不可。
改用斜对接焊缝：
方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度： lw (b / sin ) 2t (500 / sin 56) 20 (500 / 0.829 ) 20 583mm
N sin lw t
1500103 0.829 58310
213N/mm2
ftw
265N/mm2
N cos lw t
1500103 0.559
58310
144N/mm2
fvw
180N/mm2
设计满足要求。
方法二：以 θ 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。

条件同习题，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：
f
w f
200 N/mm 2
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：
t2
A1 2b
500 10 2 460
5.4mm
，取
t2=6mm
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。
1) 确定焊脚尺寸
最大焊脚尺寸： t 6mm，hf max t mm 最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 10 4.7 mm 取焊脚尺寸 hf=6mm 2）焊接设计：
正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N3
2 0.7hf bf
f
w f
2 0.7 6 460 1.22 200
942816
N
侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N1 N N3 1500 10 3 942816 557184 N 所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4 条侧缝）：

l lw
hf
N1 4 0.7hf
f
w f
hf
557184 4 0.7 6 200
6 172 mm
175 10 175
取侧面焊缝实际长度 175mm，则所需盖板长度：
N
N
L=175×2+10(盖板距离)=360mm。
6 6 500
10
∴此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360×460×6mm，焊 脚尺寸 hf=6mm
. 有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连。如图所示，钢材为 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
20
N=400kN。
解：
200
已知：lw=200mm，N=400kN，
f
w f
200 N/mm 2
1） 内力计算
L200×125×18
剪力：V N 400kN
弯矩： M Ne 40020 8000kN.mm 2）焊脚尺寸设计
弯矩引起的焊缝应力： f
6M
2hel
2 w
6 8000103
2 2002 he
600 N/mm2 he
剪力产生的焊缝剪应力： f
V 2helw
400 103 2 200 he
1000 N/mm2 he

所需焊脚尺寸：
2

f f
f2
600 1.22he
2
1000 he
2
f
w f
200N/mm2
he
600 2 1.22 200
1000 2 200
5.57mm hf
he 0.7
5.57 7.79mm 0.7
取焊脚尺寸 hf=8mm
焊缝构造要求：
最大焊脚尺寸： hf max t (1 2) 18 (1 2) 17 16 mm
最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 20 6.7 mm 取 hf=8mm 满足焊缝构造要求。
试设计如图（P114 习题）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：
f
w f
160 N/mm 2
1） 初选焊脚尺寸
150
最大焊脚尺寸： hf max 1.2t 1.2 12 14.4 mm
yc 200 12
最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 12 5.2 mm 12
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 yc

yc
(150
2hf
) 12
200
hf 2

2 150 12 2
hf
200
hf 2

2 (200
(150
2hf
)
2
150 12 2
hf

2
(200
2hf
)hf
2hf
) 200 2
2hf
hf
(150
12)
12
200
3
2
150 12 2
6
200
3
2
(200
12)

200 12 2
6
(150
12)
2
150 2
12
6
2
(200
12)
6
139mm
全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：
Ix
4.2 (150 12) (2.1 12 61)2
2 4.2 150 12 2
6 (61 2.1)2
2 4.2 1881883 2 4.2 188 (139 94)2 12954006mm4 12
3） 焊缝截面验算
弯矩： M Ne 98120 11760kN mm 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 Wf1
11760103 (6112 4.2) 12954006
70N/mm2
弯矩引起腹板边缘处的应力： f
M
Wf2
11760103 139
********
126N/mm2
剪力由腹板承担，剪力在腹板焊缝中产生的剪应力：
f
V helw
98103 62N/mm2 2 0.7 6 188
则腹板下边缘处的应力：

f f
2
f 2
126
2
1.22
622
120N/mm2
f
w f
160N/mm2