钢结构基本原理第三版课后习题答案

3.1 试设计图所示的用双层盖板和角焊缝的对接连接。采用Q235钢，手工焊，焊条为E4311，轴心拉力N＝1400KN(静载，设计值)。主板-20×420。 解 盖板横截面按等强度原则确定，即盖板横截面积不应小于被连接板件的横截面积．因此盖板钢材选Q235钢，横截面为-12×400，总面积A1为

22

A1＝2×12×400＝9600mm＞A＝420×20＝8400mm直角角焊缝的强度设计值ffw＝160N／mm(查自附表1.3)

2

角焊缝的焊脚尺寸：较薄主体金属板的厚度t＝12mm，因此，

h= t-2= 12-2=10mm；较厚主体金属板的厚度t＝20mm，因此，hf,min＝1.5t＝＝6.7mm 7mm，所以，取角焊缝的焊脚尺寸hf＝10mm，满足：hf,max≥hf ≥hf,min

a)采用侧面角焊缝时 因为b＝400mm＞200mm(t＝12mm)因此加直径d＝15mm的焊钉4个，由于焊钉施焊质量不易保证，仅考虑它起构造作用。

1(b)

(a)

侧面角焊缝的计算长度lw为

lw＝N／(4hfffw)＝1.4×106／(4×0.7×10×160)＝312.5mm

满足lw,min= 8hf= 8×10 ＝80mm＜lw＜60hf＝60×10＝600mm条件。 侧面角焊缝的实际长度lf为

lf＝lw+ 2hf＝312.5＋20＝332.5mm,取340mm 如果被连板件间留出缝隙10mm，则盖板长度l为 l = 2lf+10 = 2×340+10 = 690mm

b)采用三面围焊时 正面角焊缝承担的力N3为

N3＝heBβfffw×2＝0.7×10×400×1.22×160×2＝1.093×106N 侧面角焊缝的计算长度lw为

lw＝(N-N3)／(4heffw)＝(1.4×106-1.093×106)/(4×0.7×10×160)＝69mm lw=80mm lw,min＝ 8hf＝8×10＝80mm，取lw=lw,min=80mm

由于此时的侧面角焊缝只有一端受起落弧影响，故侧面角焊缝的实际长度lf为 lf＝lw＋hf = 80＋10 ＝ 90mm，取90mm，则盖板长度l为 l＝2lf+10＝2×90十10＝190mm

3.2 如图为双角钢和节点板的角焊缝连接。Q235钢，焊条E4311。手工焊，轴心拉力N＝700KN(静载，设计值)。试：1)采用两面侧焊缝设计.(要求分别按肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸和不同焊缝尺寸设计)； 2)采用三面围焊设计。 解 角焊缝强度设计值ff＝160／mm,t1=10mm,t2=12mm

2

w

hf min

1.5 5.2mm 6mm

hf max 1.2t 1.2 12 14.4mm 15mm(肢背)；和hf max t 1~2 ＝10- 1~2 ＝ 9~8 mm(肢尖)。因此，在两面侧焊肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸时，取hf＝hf1＝hf2＝8mm；在两面侧焊肢背和肢尖采用不同焊脚尺寸时，取hf=hf1＝10mm, hf=hf2＝8mm；在三面围焊时，取hf ＝hf1＝hf2＝hf3＝6 mm。均满足hf min≤hf＜hf max条件。 1)采用两面侧焊，并在角钢端部连续地绕角加焊2hf

a)肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸时:

N1 k1N2＝0.65×7×105／2＝2.275×105N N2 k2N2＝0.35×7×105／2＝1.225×105N

需要的侧面焊缝计算长度为

lw1 N1 heffw ＝2.275×105／(0.7×8×160)＝254mm

lw2 N2 heffw ＝1.225×105／(0.7×8×160)＝137mm

则

lw1 254mm 8hf 8 8 64mm

均满足要求

lw2 137mm 60hf 60 8 480mm

肢背上的焊缝实际长度lf1和肢尖上的焊缝实际长度lf2为

lf1＝lw1+hf=254＋8＝262 mm，取270 mm lf2＝lw2+hf=137＋8＝145 mm，取150 mm

b)肢背和肢尖采用不同焊脚尺寸时:

N1＝2.275×105N N2＝1.225×105N

需要的侧面焊缝计算长度为

lw1 N1 heffw ＝2.275×105／(0.7×10×160)＝203mm

lw2 N2 heffw ＝1.225×105／(0.7×8×160)＝137mm

则

lw1 203mm 8hf 8 8 64mm

均满足要求

lw2 137mm 60hf 60 8 480mm

肢背上的焊缝实际长度lf1和肢尖上的焊缝实际长度lf2为

lf1＝lw1+hf=203＋8＝211 mm，取220 mm lf2＝lw2+hf=137＋8＝145 mm，取150 mm

2)采用三面围焊

正面角焊缝承担的力N3为，

N3＝2×0.7hf3bβfffw＝2×0.7×8×100×1.22×160＝2.186×105N

肢背和肢尖上的力为

N1 k1N N32＝0.65×7×105-2.186×105／2＝3.457×105N N2 k2N N32＝0.35×7×105-2.186×105／2＝1.357×105N

所需侧面焊缝计算长度为

lw1 N1 2heffw ＝3.457×105／(2×0.7×8×160)＝193mm lw2 N22 heffw ＝1.357×105／(2×0.7×8×160)＝76mm lw1 193mm 8hf 8 8 64mm 则 均满足要求。

lw2 76mm 60hf 60 8 480mm

肢背上的焊缝实际长度lf1和肢尖上的焊缝实际长度lf2为

lf1＝lw1+hf＝193＋8＝201mm，取210mm lf2＝lw2＋hf＝76＋8＝84mm，取90mm

3.3 节点构造如图所示。悬臂承托与柱翼缘采用角焊缝连接，Q235钢，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸hf＝8mm。试求角焊缝能承受的最大静态和动态荷载N。 解 a)几何特性 确定焊缝重心o的坐标为

2 0.7 8 (80 8)2x 15mm

0.7 82 72 200Iwx=0.7×8(2003/12+2×72×1002)=1.18×107mm4

Iwy=0.7×8[200×152 +2×723/12+2×72×(72/2-15)2]=9.56×105mm4 Io=Iwx+Iwy=1.18×107+9.56×105=1.27×107mm4

b)内力计算

T＝Ne＝N(a＋l1-x)＝N(80＋150-15)＝215N V＝N

c)焊缝验算

τf T TryIo＝215N×100／(1.27×107)＝1.69×10-3N σf T TrxIo＝215N×(72-15)／(1.27×107)＝9.65×10-4N σf V Vhelw ＝N／[0.7×8(200+72×2)]＝5.19×10-4N

2w

代入下式

ff 160Nmm，

当承受静载时 f 1.22，解得N=76.84KN 当承受动载时 f 1.0，解得N=71.14KN

3.4 试设计图所示牛腿中的角焊缝。Q235钢，焊条E43型，手工焊，承受静力荷载N

＝100KN(设计值)。

解 角焊缝的强度设计值ffw＝160N／mm

2

取焊脚尺寸hf＝8mm。满足hf,min＝1.5＝

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