1、2021/7/231鋼結構鋼結構( (第三版第三版) )戴國欣戴國欣 主編主編鋼結構第3章作業參考答案2021/7/2323.1 3.1 試設計雙角鋼與節點板的角焊接連接。鋼材為試設計雙角鋼與節點板的角焊接連接。鋼材為Q235BQ235B，焊條為焊條為E43E43型，手工焊，軸心力型，手工焊，軸心力N=1000KNN=1000KN（設計值），分別（設計值），分別采用三面圍焊和兩面側焊進行設計。采用三面圍焊和兩面側焊進行設計。mmhmmhmmhfff82 . 5125 . 112102 . 1minmax假假定定(1) (1) 采用三面圍焊時，采用三面圍焊時，KNflhNwffwe3 .2731

2、6022. 112587 . 02233mmlw29816087 . 021035.53331KNNNaN35.53323 .273100067. 02131解：)(40648)(48060滿滿足足且且滿滿足足mmmmhmmhff2021/7/233mmlmm，lmmlmml120310116810830882982121肢肢尖尖取取肢肢背背；KNNNaN35.19323 .273100033. 02322mmlw10816087 . 021035.19332)(40648)(48060滿滿足足且且滿滿足足mmmmhmmhff2021/7/234(2) (2) 當采用二面側焊時當采用二面側焊時

3、KNNaNKNNaN330100033. 0670100067. 02211mmfhNlwfew18416087 . 02103302322mmfhNlwfew37416087 . 02106702311)(40648)(48060滿滿足足且且滿滿足足mmmmhmmhff)(40648)(48060滿滿足足且且滿滿足足mmmmhmmhffmmlmm，lmmlmml20039020082184390823742121肢肢尖尖取取肢肢背背；）肢肢尖尖（對對比比三三面面圍圍焊焊：肢肢背背mmlmm，l120310212021/7/2353.2 3.2 試求圖所示連接的最大設計荷載。鋼材為試求圖所示連

4、接的最大設計荷載。鋼材為Q235BQ235B，焊，焊條為條為E43E43型，手工焊，角焊縫焊腳尺寸型，手工焊，角焊縫焊腳尺寸h hf f=8mm,e=8mm,e1 1=30cm=30cm。解：解：mmx4250020522205205250087 . 020587 . 02050087 . 0220587 . 0205204423242369.2232139.21385 .6020587 . 01220587 . 024250087 . 03 .2018325020587 . 021250087 . 0cmIIIcmIcmIyxpyxFeeFTmme463)300163(16342205212

5、2021/7/236MpafwffTxVyTy16022PITTx250PIT，Ty163509687.0910FFlhFweVy22216016322.15096250PPITFIT即22216016346322PIFFIF2021/7/237222221607546922.150961115750PPIFIF2227546922.15096122.111570160PPIIFKNF53.2361069.223217546922. 1509611069.2232122. 11157016024242即，最大設計荷載即，最大設計荷載F=236.53KNF=236.53

6、KN2021/7/2383.3 3.3 試設計如圖試設計如圖3.823.82所示牛腿與柱的連接角焊縫所示牛腿與柱的連接角焊縫、。鋼材為鋼材為Q235BQ235B，焊條為，焊條為E43E43型，手工焊。型，手工焊。解：查表得解：查表得Mpafwt160假設焊縫假設焊縫mmhf8KN，FV98mKNM76.1112. 098 計算形心軸位置和慣性矩計算形心軸位置和慣性矩mmxo5 .1446 . 520026 . 51386 . 51501006 . 520022006 . 51382126 . 51504232218111045.142056. 02122056. 0245.142008 .13

7、56. 045.142 .211556. 0cmI）（）（）（mmhe6 . 587 . 02021/7/239按剪力由腹板承擔，彎矩由腹板和翼緣共同承擔考慮按剪力由腹板承擔，彎矩由腹板和翼緣共同承擔考慮MpaMpalhVwe16075.432006 . 5210983翼緣上邊的拉應力：翼緣上邊的拉應力：MpaMpaxIMf16085.4352.671018111076.1146上上腹板下口的壓應力：腹板下口的壓應力：MpaMpaxIMof16082.9348.1441018111076.1146下MpaMpaff1603 .10475.430 . 182.932222滿滿足足要要求求mmhf

8、8）然然后后再再根根據據構構造造選選取取求求得得（注注：本本題題也也可可以以計計算算ffhh ,2021/7/2310Mpa，fwc2153.4 3.4 習題習題3.33.3的連接中，如將焊縫的連接中，如將焊縫及焊縫及焊縫改為對接焊縫改為對接焊縫（按三級質量標準檢驗），試求該連接的最大荷載。（按三級質量標準檢驗），試求該連接的最大荷載。 解：解： 若為對接焊縫，則：若為對接焊縫，則：Mpa，fwt185Mpa，fwv125設能承受的最大集中荷載為設能承受的最大集中荷載為F F，VMFV12.0,mmxo43.14512200121501001220020612150形形心心42327 .195

9、52/2054.14202 . 112202 . 153.146 .202 . 115cmI）（）（當受剪時，最大剪力當受剪時，最大剪力MpafFtISVwvx125257.541257.54)43.145206(1501212107 .19554max2021/7/2311KNF19.231解解得得當在翼緣上口受拉時，當在翼緣上口受拉時，KNFMpafFxIMwt9 .45218557.66107 .19551012. 0431max解解得得拉拉當在腹板下口受壓時，當在腹板下口受壓時，KNFMpafFxIMwc9 .24021543.145107 .19551012. 043max0解得解得

10、壓壓在腹板與翼緣的交界處，剪應力與拉應力均較大，此時：在腹板與翼緣的交界處，剪應力與拉應力均較大，此時：FFtISV441107 .19555 .908543.1452061501212107 .1955）（2021/7/2312FFxIM44107 .19554 .654843.145200107 .1955120）（拉拉wtf1 .1322拉KNFFF9 .2671851 . 1107 .19555 .90853107 .19554 .65482424KNF，19.231集中荷載該對接焊縫由剪力控制2021/7/23133.5 3.5 焊接工字形梁在腹板上設一道拼接的對接焊縫（圖焊接工字形

11、梁在腹板上設一道拼接的對接焊縫（圖3.833.83），拼接處作用有彎矩），拼接處作用有彎矩M=1122KNM=1122KNm m，剪力，剪力V=374KNV=374KN，鋼材為，鋼材為Q235BQ235B鋼，焊條用鋼，焊條用E43E43型，半自動焊，三級檢驗標準，試驗算該型，半自動焊，三級檢驗標準，試驗算該焊縫的強度。焊縫的強度。解：解：查表得查表得Mpa，fwt185Mpafwv125注意：此題中腹板仍受彎剪。注意：此題中腹板仍受彎剪。4321 .268193121008 . 07 .504 . 1282cmI(1)(1)焊縫最大正應力在腹板和翼緣交界處焊縫最大正應力在腹板和翼緣交界處Mpa

12、fMpahIMwt1852 .20921000101 .268193101122246max焊縫正應力不滿足要求焊縫正應力不滿足要求2021/7/2314(2)(2)最大剪應力最大剪應力MPafMpatISVwvx1253 .4825005008507142808101 .2681931037443max(3)(3)腹板和翼緣交界處腹板和翼緣交界處MpatISV6 .34507142808101 .2681931037443MpafMpawt1851 . 11 . 16 .2176 .3432 .20932222max所所以以求求焊縫最大剪應力滿足要焊縫最大剪應力滿足要Mpa2 .209max

13、力力不不滿滿足足要要求求腹腹板板和和翼翼緣緣處處的的折折算算應應2021/7/23153.6 3.6 試設計圖試設計圖3.813.81所示的粗制螺栓連接，所示的粗制螺栓連接，F=100KNF=100KN（設計值），（設計值），e1=30cme1=30cm。2021/7/2316解、現初擬采用解、現初擬采用8 8個個M20M20號螺栓，其布置如下圖所示：號螺栓，其布置如下圖所示：則螺栓間的最大間距則螺栓間的最大間距dmax=8dmax=820=160130mm,20=160130mm,滿足要求滿足要求2021/7/2317查表得：查表得：2305mmNfbc2140mmNfbvKNfdNbvbv

14、96.4314042014. 3422KNftdNbcbc0 .613051020校核此螺栓連接校核此螺栓連接, ,此螺栓為承受剪、扭共同作用：此螺栓為承受剪、扭共同作用：2222221978)5 .195 . 6(468cmyxiiKNyxyeFNiiTx6 .29101978195. 03 . 010042211KNyxyeFNiiTy1 . 910197806. 03 . 010042211KNnFNF5 .1281001KNNNNNFyx6 .36)5 .121 . 9(6 .29)(22211211所以此螺栓滿足要求所以此螺栓滿足要求KNNbv96.43KNNbc0 .612021/

15、7/23183.7 3.7 試設計如圖試設計如圖3.813.81所示：所示： 角鋼與連接板的螺栓連接；角鋼與連接板的螺栓連接； 豎向連接板與柱的翼緣連接；豎向連接板與柱的翼緣連接；構件鋼材為構件鋼材為Q235BQ235B，螺栓為粗制螺栓，螺栓為粗制螺栓，d1=d2=170mmd1=d2=170mm。 解：、角鋼與連接板的連接，可按照軸心受剪進行計解：、角鋼與連接板的連接，可按照軸心受剪進行計算，選用算，選用M22M22號螺栓。號螺栓。 計算所需螺栓數計算所需螺栓數 取取n=4n=4，其布置如下圖所示，其布置如下圖所示7 . 39 .93350minbNNn2/140mmNfbv2/305mmN

16、fbc2vnmmt14KNfdnNbvvbv4 .10614042214. 32422KNftdNbcbc9 .9330514222021/7/2319L1L121015d21015d0 015X2415X24360(360(滿足滿足) )（滿滿足足）aanMPfMPXXAN2151 .146)2481390(21035031 ,2021/7/23202/170:mmNfbt查表、連接板與柱翼緣板的連接、連接板與柱翼緣板的連接 由于剪力由承托板承擔，而力的作用線通過連接板形心，由于剪力由承托板承擔，而力的作用線通過連接板形心，所以連接板和柱翼緣的連接應視為軸心受拉連接，擬采用所以連接板和柱翼緣

17、的連接應視為軸心受拉連接，擬采用C C級級M20M20螺栓。螺栓。 取取n=6,n=6,其布置如圖所示其布置如圖所示 245. 2cmAeKNfANbtebt7 .411702459 . 57 .4145sin350btxNNn2021/7/23213.73.73.83.82021/7/23223.83.8按摩擦型高強度螺栓設計習題按摩擦型高強度螺栓設計習題3.73.7中所要求的連接（取消承中所要求的連接（取消承托板），并分別考慮：托板），并分別考慮：d1=d2=170mm;d1=d2=170mm;d d1 1=150mm,d=150mm,d2 2=190mm,=190mm,螺栓強度級別及接觸

18、面用處理方式自選。螺栓強度級別及接觸面用處理方式自選。解：、選用解：、選用10.910.9級級M22M22號摩擦型高強度螺栓，構件選用表面噴號摩擦型高強度螺栓，構件選用表面噴砂處理方法，查表得：砂處理方法，查表得： a a、角鋼與連接板的連接按軸心受剪計算；、角鋼與連接板的連接按軸心受剪計算； 取取:n=6:n=6，其布置如圖所示，其布置如圖所示 45. 0KNP190KNPnNfbv95.7619045. 019 . 09 . 05 . 495.76350bvNNn（滿足）（滿足）（MPafAnnNn21590615 . 01 (103505 . 01312021/

19、7/2323b b、連接板與柱翼緣板的連接，擬采用、連接板與柱翼緣板的連接，擬采用10.910.9級級M22M22號螺栓號螺栓4 4個個校核此校核此 故不滿足承載力要求故不滿足承載力要求KNNNNvt45.247707. 035045sinKNNbv95.76KNPNbt1521908 . 08 . 0KNNNvt86.61445.247121. 115286.6195.7686.61bttbvvNNNN此題考慮增加螺栓數為此題考慮增加螺栓數為n=6,n=6,校核其連接強度：校核其連接強度： 則：則： 滿足要求滿足要求 ，其布置如圖所示，其布置如圖所示KNNNvt24.41645.247180

20、7. 015224.4195.7624.41bvvbttNNNN2021/7/2324、當、當d1=150mmd1=150mm、d2=190mmd2=190mm時，角鋼與連接板的連接無變化，時，角鋼與連接板的連接無變化，與相同，而連接板與柱翼緣的連接則是承受拉、彎、剪共與相同，而連接板與柱翼緣的連接則是承受拉、彎、剪共同作用。同作用。e=0.02me=0.02mKNNNNtv45.247707. 035045sinMKNeNMt702. 045.247因為彎矩較小，仍采用因為彎矩較小，仍采用6 6個螺栓對稱布置，個螺栓對稱布置，如右圖所示，則如右圖所示，則（滿足）（滿足）KNPKNyyMnNN

21、itt1528 . 074.581 . 041 . 07645.2472211KNNbv152KNNbt95.76KNNv24.41645.247（不滿足）（不滿足）103. 195.7674.5815224.41bttbvvNNNN改間距為改間距為150mm150mm再算再算KNNt91.5215. 0415. 07645.24721（滿足）（滿足）1959. 095.7691.5215224.41bttbvvNNNN2021/7/23252250mmnfbv2470mmnfbc203. 3cmAeKNfdnNbvvbv97 324223.9 3.9 按承壓型連接高

22、強度螺栓設計習題按承壓型連接高強度螺栓設計習題3.73.7中角鋼與連接板的中角鋼與連接板的連接，接觸面處理方式及螺栓強度級別自選。連接，接觸面處理方式及螺栓強度級別自選。解：選用解：選用8.88.8級級M22M22號高強度螺栓，查表：號高強度螺栓，查表：KNftdNbcbc44.165470221612. 244.165350minbNNn，取，取n=3,n=3,其布置見下圖：其布置見下圖：（滿足）（滿足）aanMPfMPXXAN2151 .146)2481390(21035031 ,2021/7/23263.103.10、圖、圖3.103.10的牛腿用的牛腿用2 210010080802020（由大角鋼截得）及（由大角鋼截得）及M22M22 摩擦型連接高強度螺栓（摩擦型連接高強度螺栓（10.910.9級）和柱相連，構件鋼材級）和柱相連，構件鋼材 Q235BQ235B，接觸面用