1、第三章：鋼結構的連接練習與作業（附答案）：例題3.1 試計算圖31（a）所示牛腿與柱連接的對接焊縫所能承受的最大荷載F（設計值）。鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊，施焊時不用引弧板，焊縫質量為三級。 圖31 牛腿與柱用對接焊縫連接解：1確定對接焊縫計算截面的幾何特性(1)確定中和軸的位置 mmmm(2)焊縫計算截面的幾何特征 cm4腹板焊縫計算截面的面積： cm22確定焊縫所能承受的最大荷載設計值F 。將力F向焊縫截面形心簡化得： （KNmm） （KN）查表得：N/mm2，N/mm2， N/mm2點a的拉應力 ，且要求 N/mm2解得：KN點b的壓應力 ，且要求 N/mm2解得： KN由

2、產生的剪應力 ，且要求 N/mm2 解得： KN點b的折算應力，且要求起步大于1.1 解得： KN故此焊縫所能承受的最大荷載設計值F為152.2KN。例題3.2 如圖33所示兩塊鋼板的對接連接焊縫，已知偏心拉力F =420KN，鋼材為Q235，焊縫E43型，手工焊，施焊時采用引弧板，試問此對接焊縫需采用哪種質量等級就可以滿足其強度要求？ 圖33 對接焊縫受偏心力作用解：分析：由已知條件，此對接焊縫承受偏心拉力F產生的彎矩M和軸心拉力N的共同作用，在M作用下，a點產生最大的拉應力，b點產生最大的壓應力；在N作用下，焊縫均勻受拉，各點拉應力均為。由此可見，a點為最危險點，因此，只需計算a點的合應力

3、，就能確定需要哪個等級質量的焊縫。1將偏心力F向焊縫形心簡化，得： KNmm KN2 計算在M、N作用下a點的應力 N/mm2 N/mm2a點的合應力 N/mm2 3查表知，焊縫質量為一、二級時， N/mm2，焊縫質量為三級時的 N/mm2，由此可見，此對接焊縫只需焊縫質量為三級時就能滿足強度要求。當F =480KN時，與上述相同的方法計算得：N/mm2，N/mm2，故a點的合應力 N/mm2。很顯然焊縫質量為三級時，則不能滿足強度要求，只能經過一、二級焊縫質量才能滿足強度要求。例題3.3 如圖34所示角鋼,兩邊用直角角焊縫(繞角焊)和柱翼緣相連接,鋼材為Q235,焊條E43型,手工焊,承受靜

4、力荷載F =150KN,試確定所需的最小焊角尺寸hf 。 圖34解:其計算步驟如下：(1)確定焊縫有效截面的幾何特征值Af、Wf；(2)計算危險點a（或點b）在M和V作用下的應力和；(3)確定焊腳尺寸hf。首先由公式(3.18)求得此焊縫連接所需的焊腳尺寸hf，再根據構造要求，決定其最小的焊腳尺寸。例題3.4 如圖35所示，雙角鋼和節點板用直角角焊縫連接，鋼材為16Mn鋼，焊條E50型,手工焊、采用側焊縫連接，肢背、肢尖的焊縫長度均為300mm，焊腳尺寸h f為8mm，試問在軸心力N = 1200KN作用下，此連接焊縫是否能滿足強度要求？若不能則應采用什么措施，且如何驗算？ 圖35 雙角鋼和節

5、點板的焊縫連接解：查角鋼角焊縫的內力分配系數表得，k1=0.65，k2=0.35；查焊縫強度表得 200 N/mm2一條肢背焊縫的計算長度300-10290mm，要求8h f和40mm60hf，顯然符合構造要求。肢背焊縫所能承擔的力： KN則其焊縫強度為： N/mm2 200 N/mm2故此連接不能滿足強度要求。應采取以下措施：1 增加肢背焊縫的長度 mm因此，肢背焊縫的長度必須加長到mmmm，才能使其滿足強度要求。采用這種方法，就會增加節點板的尺寸。而此時肢尖焊縫的應力 N/mm2200 N/mm2，滿足強度要求，且可以適當減小其焊縫長度。2 增加肢背焊縫的焊腳尺寸根據構造要求，肢背焊縫最大

6、的焊腳尺寸mm。而實際所需的焊腳尺寸為mm因此，將肢背焊縫的焊腳尺寸增加到10mm就能使此連接滿足強度要求。3 改用三面圍焊首先計算正面角焊縫所能承擔的力：KN求肢背焊縫所能承擔的力： KN則 N/mm2 200 N/mm2滿足強度要求。例題3.5 如圖3.6所示為板與柱翼緣用直角角焊縫連接，鋼材為Q235,焊條E43型，手工焊，焊腳尺寸hf=10mm,ffw=160N/mm2,受靜力荷載作用，試求：1.只承受F作用時，最大的軸向力F=？2.只承受P作用時，最大的斜向力P=？3.若受F和P的共同作用，已知F=250KN,P=150KN,此焊縫是否安全？解：分析：根據已知條件，可將斜向力P向焊縫

7、形心簡化得M、N、V,將F向焊縫形心簡化只得N。M、N使焊縫有效截面產生應力Mf、Nf，而剪力V則產生應力vf,最后可按角焊縫的基本計算公式計算此連接能承受的最大力F或P，并可進行焊縫強度驗算。一條焊縫的計算長度lw=30010=290mm,符合構造要求。 1.在力F作用下，焊縫屬于正面角焊縫，由公式得：Fmax=0.7hflwffw=0.71022901.2216010-3=792.5KN2.將斜向力P向焊縫形心簡化得： M =0.8Pe=80P(KNmm)， V =0.8P(KN) N =0.6P(KN) 圖2計算在各力作用下產生的應力：Mf =6M/(20.7hflw2) 圖3.6 =6

8、80P103/(20.7102902) =0.408P(N/mm2)Nf =N/(20.7hflw)=0.6P103/(20.710290)=0.148P(N/mm2)vf =V/(20.7hflw)=0.8P103/（20.710290）=0.197P(N/mm2)將Mf、Nf、vf的值代入公式：得 Pmax=322.3KN3.將力F、P向焊縫形心簡化得： V =0.8P=0.8150=120 KN N =F0.6P=2500.6150=340 KN M =0.8Pe=0.8150100=12103KNmm Mf=612103103/（20.7102902）=61.2N/mm2 Nf=340

9、103/（20.710290）=83.7N/mm2 vf=120103/（20.710290）=29.6N/mm2 N/mm2ffw=160N/mm2滿足強度要求。此強度還比較富裕，可以考慮適當減少焊腳尺寸或焊縫長度，以使更加經濟、更加合理。例題3.6 如圖37所示牛腿板，鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊，焊腳尺寸h f = 8mm，確定焊縫連接的最大承載力，并驗算牛腿板的強度。 圖37解：1 確定角焊縫連接所能承受的最大承載力(1)計算角焊縫有效截面的形心位置和焊縫截面的慣性矩。由于焊縫是連續圍焊，實際長度比板邊長度長，所以焊縫的計算長度可取板邊長度，每端不減5mm。焊縫的形心位置： c

10、m圍焊縫的慣性矩： cm4 cm4 cm4(2)將力F向焊縫形心簡化得： (KNmm)(KN)(3)計算角焊縫有效截面上a點各應力的分量: (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2)(4)求最大承載力Fmax根據角焊縫基本計算公式，a點的合應力應小于或等于，即: = 160 N/mm2解得 F165.9KN故 Fmax=165.9KN2驗算牛腿板的強度鋼板-截面受力最大，承受彎矩M =200F(KNmm)和剪力V = F(KN)的作用。由 得 N/mm2解得 F = 193.5KN由 得 N/mm2解得 F = 300KN故此鋼板能承受的最大荷載設計值F =193.5KN，而焊縫則能承受F

11、 =165.9KN，顯然鋼材強度有富余，為了經濟的目的可減少鋼板的厚度t，也可加大焊縫的焊腳尺寸hf。其計算方法如下：(1)減少鋼板的厚度t由得 mm取t=11mm。(2)加大焊縫的焊腳尺寸hf（單位為mm） (cm4) (cm4) (cm4) N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2解得 =9.3mm由構造要求知 mm，故取=10mm。例題.，圖37所示，將上題的焊接連接改用螺栓連接，鋼材為Q235，F =100KN，采用M20普通螺栓（C級），孔徑d 0 =21.5mm，試驗算此連接的強度。 圖37解：分析：根據已知條件，牛腿板與柱翼緣的螺栓連接承受由偏心力F產生的剪力和扭矩的作用。

12、在剪力V作用下，由每個螺栓平均承擔，在扭矩T作用下，四個角螺栓（1、2、3、4）所受的剪力最大，且沿垂直于旋轉半徑r的方向受剪，為了簡化計算，可將其分解為x軸和y軸方向的倆各分量和，1、2號螺栓的豎向分力與V產生的剪力同向，故1、2號螺栓為最危險螺栓，驗算1號或2號螺栓的強度即可。將偏心力F向螺栓群形心簡化得：KNmmKN查表得 N/mm2， N/mm2一個螺栓的抗剪承載力設計值為： KN一個螺栓的承壓承載力設計值為： KN注：200mm15d0 =323mm，故取=1.0。在T和V作用下,1號螺栓所受剪力最大, KN KN KN KN KN故此連接強度不能滿足要求。應增加螺栓數目或增加栓桿直徑，隨著螺栓數目的增加，則必須加大牛腿板的尺寸。若螺栓數目增加為10個，如圖3.10所示。320mm15d0 =323mm，取=1.0。 KNKN因為 mmmm，所以忽略。 圖3.10 KN KN KN KN連接強度滿足要求。例題3.8 如圖37所示的螺栓連接,若改用10.9級摩擦型高強度螺栓，鋼材Q235，接觸面采用噴砂處理，F =100KN，試問此連接螺栓需要的最小公稱