钢结构第三章课后答案

《钢结构设计原理》作业答案 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 t w  265N/mm2 ， f vw  180N/mm2 不采用引弧板： l w  b  2t  500 2 10  480mm
N 1500 103    312.5N/mm2  f t w  265N/mm2 ，不可。 lw t 480 10
改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度：
  (b / sin  )  2t  (500/ sin 56)  20  (500/ 0.829)  20  583mm lw
N sin  1500 103  0.829    213N/mm2  f t w  265N/mm2 t lw 583 10

N cos  1500 103  0.559   144N/mm2  fvw  180N/mm2 t lw 583 10
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。
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。
10
500
N
N

查附表 1.3： f fw  200N/mm2 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 500 10   5.4mm ，取 t2=6mm。 2b 2  460
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 b f f fw  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103  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  l w  hf  N1 557184  hf   6  172mm w 4  0.7  6  200 4  0.7hf f f
175
10
175
取侧面焊缝实际长度 175mm，则所需盖板长度： L=175× 2+10(盖板距离)=360mm。
500 6 6 10
N
N
∴此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360× 460× 6mm，

焊脚尺寸 hf=6mm
3.10. 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 N=400kN。 解：
200
20
已知：lw=200mm，N=400kN， f fw  200N/mm2 1） 内力计算 剪力： V  N  400kN 弯矩： M  Ne  400  20  8000kN.mm 2）焊脚尺寸设计
6M 6  8000 103 600 f    N/mm2 2 2 弯矩引起的焊缝应力： he 2he l w 2  200  he
L200× 125× 18
剪力产生的焊缝剪应力：
f   所需焊脚尺寸：   f
2
f 
V 400 103 1000   N/mm2 he 2he l w 2  200 he
  1000 w 2     h    f f  200N/mm   e 
2 2
 600  2    f    1.22h e  
2
2
 600   1000 h he       5.57mm hf  e  5.57  7.79mm  1.22  200  200  0.7 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。
3.11 试设计如图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）
1）
初选焊脚尺寸
最小焊脚尺寸： hf min  1.5 t  1.5  12  5.2 mm 取 hf=6mm 满足焊缝构造要求。 2） 焊缝截面几何性质
yc
12
焊缝截面形心距腹板下边缘的距离 yc
 hf  h    200  2hf   150  12    hf    200  f   2  (200  2hf )    hf (150  2hf )  12  200    2   2 2 2 2        yc     150  12   hf   2  (200  2hf ) hf (150  2hf )  2   2       150  12   200  12   6   200  3  2  (200  12)     6 (150  12)  12  200  3  2   2 2          150  12   6   2  (200  12)  6 (150  12)  2   2      139mm
全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：
 150  12  I x  4.2  (150  12)  (2.1  12  61) 2  2  4.2    6   (61  2.1) 2  2   3 2  4.2  188 188  2  4.2  188 (139  94) 2  12954006 mm4 12
3）
焊缝截面验算
200
最大焊脚尺寸： hf max  1.2t  1.2 12  14.4 mm
12
解：查附表 1.3： f fw  160N/mm2
150