第八章(焊缝、螺栓连接)--钢结构习题参考解答.docx
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8.4有一工字形钢梁,采用I50a(Q235钢),承受荷载如图8-83所示。
F=125kN,因长度不够而用对接坡口焊缝连接。
焊条采用E43型,手工焊,焊缝质量属Ⅱ级,对接焊缝抗拉强度设计值,抗剪强度设计值。
验算此焊缝受力时是否安全。
图8-83 习题8.4
解:
依题意知焊缝截面特性:
A=119.25cm2,Wx=1858.9cm3,Ix=46472cm4,Sx=1084.1cm3,截面高度h=50cm,截面宽度b=158mm,翼缘厚t=20mm,腹板厚tw=12.0mm。
假定忽略腹板与翼缘的圆角,计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S1=20×158×(250-10)=7.584×105mm3。
对接焊缝受力:
;
焊缝应力验算:
最大正应力:
最大剪应力:
折算应力:
故焊缝满足要求。
8.5图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。
钢材为Q235钢,焊条用E43型,手工焊,角焊缝强度设计值。
T=350kN,验算焊缝的受力。
图8-84 习题8.5 图8-84-1焊缝截面计算简图
解:
(注:
焊缝上下翼缘长度114mm有些问题,应取,黄钜枝06年6月19日)
如图8-84-1,截面特性计算如下:
焊缝受力:
;;
应力验算:
危险点为a、b两点,下面分别验算:
对a点:
对b点:
故焊缝强度满足要求。
8.6计算图8-85所示的工字形截面焊接梁在距支座5m拼接处的角焊缝。
钢材为Q345钢,焊条为E50型,,F=200kN。
问:
(1)腹板拼接处是否满足要求?
(2)确定翼缘拼接板焊缝脚尺寸和长度。
图8-85 习题8.6
解:
(1)根据结构力学知识,拼接处受力:
,,其中剪力由腹板承担,弯矩由工字梁的翼缘和腹板惯性矩的比值分配:
图8-85-1 角焊缝计算简图
经过分析,拼接板左右两侧受剪力与弯矩作用,相比较而言,右侧拼接板焊缝受力更不利,故以右侧拼接板焊缝验算。
计算焊缝截面特性:
,
由对称性得:
将剪力、弯矩移至焊缝形心得到焊缝受力:
;
焊缝验算:
分析得A、B两点为危险点,下面分别验算:
对A点:
对B点,同理可得:
故焊缝强度满足要求。
(2)翼缘受轴力:
对于角焊缝,一般要求且,取
由,计算得到:
故取(一侧)便可以满足要求。
8.7验算图8-86中桁架节点焊缝“A”是否满足要求,确定焊缝“B”、“C”的长度。
已知焊缝A的角焊缝hf=10mm,焊缝B、C的角焊缝hf=6mm。
钢材为Q235钢。
焊条用E43型,手工焊,。
在不利组合下杆件力为N1=150kN,N2=489.41kN,N3=230kN,N4=14.1kN,N5=250kN。
图8-86 习题8.7
解:
焊缝A受力:
;
故焊缝A的强度满足要求。
对于焊缝B:
肢背:
取。
肢尖:
取。
对于焊缝C:
肢背:
取。
肢尖:
取。
8.8验算图8-87所示的角焊缝是否安全。
已知:
钢材为Q345钢,焊条为E50型,手工焊,hf=10mm,,F=160kN。
图8-87 习题8.8
解:
截面特性计算:
;;
图8-87-1角焊缝计算简图
焊缝受力:
;
经过分析,危险点为A、B点,下面分别对A、B点作应力分析:
对A点:
对B点,同理可计算得:
;
故知焊缝强度满足要求。
8.9图8-88所示为一梁柱连接,M=100kN·m,V=600kN。
钢材为Q235C钢。
剪力V由支托承受,焊条用E43型,角焊缝的强度设计值,端板厚14mm,支托厚20mm。
(1)求角焊缝“A”的hf。
(2)弯矩M由螺栓承受,4.8级螺栓M24,验算螺栓强度。
。
图8-88 习题8.9
8.10确定图8-90所示A级螺栓连接中的力F值。
螺栓M20,N=250kN,钢板采用Q235B,厚度为t=10mm,螺栓材料为45号钢(8.8级),,。
图8-89 习题8.10
8.11图8-90所示的螺栓连接,验算其受力。
已知:
钢材为Q235B钢,螺栓为C级普通螺栓,螺栓M20,F=60kN,螺栓抗拉强度设计值。
图8-90 习题8.11
解:
剪力由承托承受,螺栓群仅受弯矩作用;在弯矩作用下,螺栓群绕低排转动:
一个螺栓承载力为:
由,知螺栓受力满足要求。
8.12图8-91所示的螺栓连接采用45号钢,A级8.8级螺栓,直径d=16mm,,。
钢板是Q235钢,钢板厚度12mm,抗拉强度设计值。
求其连接能承受的Fmax值。
图8-91 习题8.12
解:
一个螺栓的抗剪承载力为:
一个螺栓的承压承载力设计值为:
图8-91-1验算净截面
故有
则螺栓群能承受的最大力为:
考虑净截面Ⅰ-Ⅰ:
考虑净截面Ⅱ-Ⅱ:
则钢板能承受的最大力为:
故有。
8.13习题8.12中,将普通螺栓改用M20(d=20mm)的10.9级高强度螺栓摩擦型连接,求此连接能承受的Fmax值。
注:
钢板表面未处理,仅用钢丝刷清理浮锈,钢板仍为Q235钢。
解:
一个螺栓抗剪承载力:
螺栓群能承受的最大力:
由构件净截面所受力:
计算得到:
由此得到
8.14将习题8.6中的梁拼接改用高强度螺栓承压型连接,改后构造如图8-92所示,高强度螺栓的钢材为10.9级,梁的钢板用Q235B,螺栓M20,梁连接处的接触面采用喷砂处理,螺栓的强度设计值,。
(1)确定翼缘接头处螺栓数目和连接板尺寸;
(2)验算腹板拼接螺栓是否满足要求。
图8-92 习题8.14
解:
(1)拼接处受力,。
剪力完全由腹板承受,弯矩由翼缘与腹板的刚度分配。
由习题8.6求得,。
翼缘受力:
翼缘一个螺栓受剪承载力取以下三个计算式的较小值:
故取。
因此每侧螺栓数为个,取个。
根据P246表8-2要求的最小/大间距要求,布置螺栓如下:
图8-92-1 拼接板螺栓布置图
验算翼缘拼接板截面:
验算翼缘拼接板净截面:
由上面计算可知以上螺栓的布置是满足要求的。
(2)腹板拼接板螺栓(一侧)受力:
,
腹板一个螺栓承载力为:
验算螺栓受力:
由,
则
故可知腹板的螺栓是满足要求的。
图8-92-2 1/4腹板螺栓群
8.15图8-93所示是屋架与柱的连接节点。
钢材为Q235B,焊条用E43型,手工焊。
C级普通螺栓用Q235BF钢。
已知:
,。
(1)验算角焊缝A的强度,确定角焊缝B、C、D的最小长度,焊缝厚度hf=10mm。
(2)验算连接于钢柱的普通螺栓的强度,假定螺栓不受剪力(即连接处竖向力由支托承受)。
螺栓直径为24mm。
图8-93 习题8.15
解:
(1)焊缝A受力:
验算焊缝A受力:
故知焊缝A的强度是满足要求的。
对于焊缝B,受剪力,偏安全地不考虑端焊缝应力折减系数,则总长度为:
,取。
对于焊缝C:
肢尖:
,取
肢背:
,取
对于焊缝D:
肢尖:
,取
肢背:
,取
(2)螺栓群受力:
,
假定以螺栓群中心为转动轴:
上式说明螺栓绕上排转动:
而单个螺栓抗拉承载力为:
由于,故说明螺栓群不满足要求。
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