鋼結(jié)構(gòu)的連接習(xí)題及答案

1、例3.1試驗(yàn)算圖3-21所示鋼板的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度。鋼板寬度為200mm，板厚為14mm，軸心拉力設(shè)計(jì)值為N=490kN，鋼材為Q235，手工焊，焊條為E43型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，施焊時(shí)不加引弧板。（a）（b）圖3-21例題3-1（a）正縫；（b）斜縫解：焊縫計(jì)算長(zhǎng)度焊縫正應(yīng)力為不滿足要求，改為斜對(duì)接焊縫。取焊縫斜度為1.5：1，相應(yīng)的傾角,焊縫長(zhǎng)度此時(shí)焊縫正應(yīng)力為剪應(yīng)力為斜焊縫滿足要求。，這也說(shuō)明當(dāng)時(shí)，焊縫強(qiáng)度能夠保證，可不必計(jì)算。例3.2計(jì)算圖3-22所示T形截面牛腿與柱翼緣連接的對(duì)接焊縫。牛腿翼緣板寬130mm，厚12mm，腹板高200mm，厚10mm。牛腿承受豎向荷載設(shè)計(jì)值V=100k

2、N，力作用點(diǎn)到焊縫截面距離e=200mm。鋼材為Q345，焊條E50型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，施焊時(shí)不加引弧板。解：將力V移到焊縫形心，可知焊縫受剪力V=100kN，彎矩翼緣焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為腹板焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為（a）（b）圖3-22例題3-2（a）T形牛腿對(duì)接焊縫連接；（b）焊縫有效截面焊縫的有效截面如圖3-22b所示，焊縫有效截面形心軸的位置焊縫有效截面慣性矩翼緣上邊緣產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，其值為腹板下邊緣壓應(yīng)力最大，其值為為簡(jiǎn)化計(jì)算，認(rèn)為剪力由腹板焊縫承受，并沿焊縫均勻分布腹板下邊緣正應(yīng)力和剪應(yīng)力都存在，驗(yàn)算該點(diǎn)折算應(yīng)力焊縫強(qiáng)度滿足要求。例3.3圖3-41是用雙拼接蓋板的角焊縫連接，鋼板寬度為240m

3、m，厚度為12mm，承受軸心力設(shè)計(jì)值N=600kN。鋼材為Q235，采用E43型焊條。分別按（1）僅用側(cè)面角焊縫；（2）采用三面圍焊，確定蓋板尺寸并設(shè)計(jì)此連接。圖3-41例3-3附圖解: 根據(jù)拼接蓋板和主板承載力相等的原則，確定蓋板截面尺寸。和主板相同，蓋板采用Q235鋼，兩塊蓋板截面面積之和應(yīng)等于或大于鋼板截面面積。因要在蓋板兩側(cè)面施焊，取蓋板寬度為190mm,則蓋板厚度，取8mm，則每塊蓋板的截面積為。角焊縫的焊腳尺寸由蓋板厚度確定。焊縫在蓋板邊緣施焊，蓋板厚度8mm>6mm,蓋板厚度<主板厚度，則，取=6mm，。由附表4查得直角角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。（1）僅用側(cè)面角焊縫連接一側(cè)

4、所需焊縫總計(jì)算長(zhǎng)度為因?yàn)橛猩?、下兩塊拼接蓋板，共有4條側(cè)面角焊縫，每條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為取。兩塊被拼接鋼板留出10mm間隙，所需拼接蓋板長(zhǎng)度檢查蓋板寬度是否符合構(gòu)造要求蓋板厚度為8mm<12mm，寬度b=190mm,且，滿足要求。（2）采用三面圍焊采用三面圍焊可以減小兩側(cè)面角焊縫的長(zhǎng)度，從而減小拼接蓋板的尺寸。已知正面角焊縫的長(zhǎng)度，兩條正面角焊縫所能承受的內(nèi)力為連接一側(cè)所需焊縫總計(jì)算長(zhǎng)度為連接一側(cè)共有4條側(cè)面角焊縫，每條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為，采用120mm。所需拼接蓋板的長(zhǎng)度為例3.4試設(shè)計(jì)圖3-42所示某桁架腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接。腹桿為2L，節(jié)點(diǎn)板厚度為12mm，承受靜荷載設(shè)計(jì)值N=640kN

5、，鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。解：（1）采用兩邊側(cè)面角焊縫按構(gòu)造要求確定焊腳尺寸肢尖焊腳尺寸，采用。肢背焊腳尺寸，同肢尖一樣采用。圖3-42例3-4附圖肢背、肢尖焊縫受力肢背、肢尖所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度肢背、肢尖的實(shí)際焊縫長(zhǎng)度，取270mm，取130mm（2）采用三面圍焊取，求端焊縫承載力此時(shí)肢背、肢尖焊縫受力則肢背、肢尖所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為肢背、肢尖的實(shí)際焊縫長(zhǎng)度，取200mm，取50mm例3.5圖3-43所示為牛腿與鋼柱的連接，承受偏心荷載設(shè)計(jì)值V=400kN，e=25cm，鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。試驗(yàn)算角焊縫的強(qiáng)度。解：偏心荷載使焊縫承受剪力V=400kN，彎矩。設(shè)焊

6、縫為周邊圍焊，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒(méi)有起落弧所引起的焊口缺陷，計(jì)算時(shí)忽略工字形翼緣端部繞角部分焊縫。取，假定剪力僅由牛腿腹板焊縫承受。圖3-43例3-5附圖牛腿腹板上角焊縫的有效面積為全部焊縫對(duì)x軸的慣性矩為翼緣焊縫最外邊緣的截面模量是翼緣和腹板連接處的截面模量是在彎矩作用下角焊縫最大應(yīng)力在翼緣焊縫最外邊緣，其數(shù)值為由剪力引起的剪應(yīng)力在腹板焊縫上均勻分布，其值為在牛腿翼緣和腹板交界處，存在彎矩引起的正應(yīng)力和剪力引起的剪應(yīng)力，其正應(yīng)力為此處焊縫應(yīng)滿足例3.6圖3-44所示是一牛腿板與柱翼緣的連接，牛腿板厚12mm，柱翼緣板厚16mm，荷載設(shè)計(jì)值V=200kN，e=300mm，鋼材為Q235鋼，E43

7、型焊條，手工焊，試設(shè)計(jì)角焊縫連接。圖3-44例3-6附圖解：設(shè)圍焊焊腳尺寸，近似按板邊搭接長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算角焊縫的有效截面。角焊縫有效截面形心位置角焊縫有效截面的極慣性矩扭矩為角焊縫有效截面上A點(diǎn)最危險(xiǎn)，其應(yīng)力為A點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)滿足取是合適的。例3.7設(shè)計(jì)圖3-78所示的角鋼拼接節(jié)點(diǎn)，采用C級(jí)普通螺栓連接。角鋼為L(zhǎng)100x8，材料為Q235鋼，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=250kN。采用同型號(hào)角鋼做拼接角鋼，螺栓直徑d=22mm，孔徑。圖3-78 例3-7附圖解：由附表5查得，。（1） 螺栓計(jì)算一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為一個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值為構(gòu)件一側(cè)所需的螺栓數(shù)個(gè)，取n=5每側(cè)用5個(gè)螺栓，在角鋼兩肢上交

8、錯(cuò)排列。（2）構(gòu)件凈截面強(qiáng)度計(jì)算將角鋼沿中線展開（圖3-78b），角鋼的毛截面面積為。直線截面I-I的凈面積為折線截面II-II的凈面積為凈截面強(qiáng)度滿足要求。例3.8設(shè)計(jì)雙蓋板拼接的普通螺栓連接，被拼接的鋼板為，鋼材為Q235。承受設(shè)計(jì)值扭矩，剪力V=300kN，軸心力N=300kN。螺栓直徑d=20mm，孔徑。圖3-79 例3-8附圖解：螺栓布置及蓋板尺寸見(jiàn)圖3-79，蓋板截面積大于被拼接鋼板截面積。螺栓間距均在容許距離范圍內(nèi)。一個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為扭矩作用時(shí)，最外螺栓受剪力最大，其值為剪力和軸心力作用時(shí)，每個(gè)螺栓所受剪力相同，其值為受力最大螺栓所受的剪力合力為鋼板凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算，首先

9、計(jì)算1-1截面幾何性質(zhì)鋼板截面最外邊緣正應(yīng)力鋼板截面形心處的剪應(yīng)力螺栓受力及凈截面強(qiáng)度均滿足要求。例3.9圖3-80 為牛腿與柱翼緣的連接，承受設(shè)計(jì)值豎向力V=100kN，軸向力N=120kN。V的作用點(diǎn)距柱翼緣表面距離e=200mm。鋼材為Q235，螺栓直徑20mm，為普通C級(jí)螺栓，排列如圖所示。牛腿下設(shè)支托，焊條E43型，手工焊。按（1）支托承受剪力和（2）支托只起臨時(shí)支承作用，不承受剪力；驗(yàn)算螺栓強(qiáng)度和支托焊縫。解：（1）豎向力V引起的彎矩螺栓承受軸力N和彎矩M，剪力V由支托承擔(dān)。一個(gè)抗拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值先按小偏心受拉計(jì)算，假定牛腿繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，受力最小螺栓的拉力為說(shuō)明連接下部受壓

10、，連接為大偏心受拉，中性軸位于最下排螺栓處，受力最大的最上排螺栓所受拉力為支托承受剪力V=100kN，設(shè)焊縫，圖3-80 例3-9附圖（2） 支托不承受剪力，螺栓同時(shí)承受拉力和剪力一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值每個(gè)螺栓承擔(dān)的剪力為受拉力最大螺栓所承擔(dān)的拉力同（1），為拉力和剪力共同作用下螺栓強(qiáng)度滿足要求。例3-10圖3-89 所示為雙拼接板拼接的軸心受力構(gòu)件，截面為，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=850kN，鋼材為Q235鋼，采用級(jí)的M22高強(qiáng)度螺栓，連接處構(gòu)件接觸面經(jīng)噴砂處理，試分別采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型設(shè)計(jì)此連接。解：（1）采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為個(gè)用9個(gè)

11、，螺栓排列如圖3-89a所示。構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算，鋼板在邊列螺栓處的截面最危險(xiǎn)。取螺栓孔徑比螺栓桿徑大。（a）（b）圖3-89 例3-10附圖構(gòu)件毛截面驗(yàn)算：（2）采用高強(qiáng)度螺栓承壓型連接一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為個(gè)用6個(gè)，排列如圖3-89b所示。構(gòu)件凈截面驗(yàn)算，鋼板在邊列螺栓處的截面最危險(xiǎn)。取螺栓孔徑比螺栓桿徑大1.5mm。例3.11圖3-90 所示牛腿與柱的連接，承受豎向集中荷載設(shè)計(jì)值V=235kN，鋼材為Q345鋼，采用級(jí)的M22高強(qiáng)度螺栓，接觸面經(jīng)噴砂處理，試分別采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型設(shè)計(jì)此連接。（a）（b）圖3-90 例3-11附圖解：（1）采用高強(qiáng)度螺栓摩

12、擦型連接螺栓群承受剪力V=235kN，彎矩一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值采用10個(gè)螺栓，布置如圖3-90a所示。在彎矩作用下，受拉力最大螺栓所承擔(dān)的拉力為剪力由螺栓平均分擔(dān)，每個(gè)螺栓承受的剪力為受力最大螺栓應(yīng)滿足采用10個(gè)螺栓合適。（2） 采用高強(qiáng)度螺栓承壓型連接采用8個(gè)螺栓，布置如圖3-90b所示。一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值在彎矩作用下，受拉力最大螺栓所承擔(dān)的拉力為剪力由螺栓平均分擔(dān)，每個(gè)螺栓承受的剪力為受力最大螺栓應(yīng)滿足采用8個(gè)螺栓合適。本章重要公式小結(jié)表：序號(hào)頁(yè)碼公式及其編號(hào)適用條件常見(jiàn)錯(cuò)誤典型例題110或（3-1）軸心受力的對(duì)接焊縫計(jì)算公式焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度考慮錯(cuò)誤例題3-1211（3-2）受彎的對(duì)接

13、焊縫計(jì)算公式例題3-2311（3-3）受剪的對(duì)接焊縫計(jì)算公式例題3-1例題3-2419（3-9）側(cè)面角焊縫受軸力作用的計(jì)算公式計(jì)算厚度取為焊角尺寸例題3-3519（3-10）正面角焊縫受軸力作用的計(jì)算公式漏掉強(qiáng)度增大系數(shù)例題3-4619（3-13）角焊縫受平行和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸力作用的計(jì)算公式722（3-19）彎矩作用下角焊縫的計(jì)算公式例題3-5823（3-20）扭矩作用下角焊縫受到的剪應(yīng)力極慣性矩的計(jì)算錯(cuò)誤例題3-6938（3-24）一個(gè)普通螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值取錯(cuò)受剪面的數(shù)目例題3-71039（3-25）一個(gè)普通螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值總厚度未取最小值例題3-81139（3-26）一

14、個(gè)普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值把取為螺栓直徑例題3-81240=，（3-27）軸心受力的螺栓群抗剪連接中接頭一邊所需要的螺栓數(shù)例題3-71341（3-29）軸心受力的螺栓群抗剪連接的板件凈截面強(qiáng)度計(jì)算公式凈截面面積計(jì)算有誤1442（3-33）螺栓群在扭矩作用下受力最大螺栓承受的剪力計(jì)算公式1544（3-39）螺栓群在彎矩作用下受力最大螺栓承受的拉力計(jì)算公式例題3-91645（3-44）普通螺栓在拉力和剪力共同作用下應(yīng)滿足的公式例題3-91752（3-46）一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力設(shè)計(jì)值例題3-101853（3-48）一個(gè)抗拉高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值例題3-101954（3-49）高強(qiáng)

15、度螺栓摩擦型連接在拉力和剪力共同作用下應(yīng)滿足的公式例題3-112054（3-50）（3-51）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在拉力和剪力共同作用下應(yīng)滿足的公式例題3-112155（3-52）軸心受力的高強(qiáng)度螺栓摩擦型抗剪連接的板件凈截面?zhèn)髁λ伎碱}：3.1鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法有哪幾種？試述其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。3.2選擇焊條型號(hào)為什么要與被焊金屬的種類相適應(yīng)？3.3施焊方法中，俯、立、橫、仰四種焊縫中，質(zhì)量最好和最差的是哪種？3.4在計(jì)算正面角焊縫時(shí)，什么情況考慮強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)？為什么？3.5角焊縫的焊腳尺寸、焊縫長(zhǎng)度有何限制？為什么？3.6焊縫的起落弧對(duì)焊縫有何影響？計(jì)算中如何考慮？3.7焊接殘余應(yīng)力

16、是怎樣產(chǎn)生的？3.8焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)工作有何影響？3.9普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接的計(jì)算有什么區(qū)別？3.10高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接有什么區(qū)別？3.11高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力起什么作用？預(yù)拉力大小與承載力有何關(guān)系？3.12計(jì)算構(gòu)件凈截面強(qiáng)度時(shí)，高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接、承壓型連接與普通螺栓連接三者有何異同？3.13普通螺栓受剪連接有哪幾種可能的破壞形式？如何防止？3.14普通螺栓與高強(qiáng)度螺栓受彎連接中，在計(jì)算螺栓拉力時(shí)的主要區(qū)別是什么？為什么？3.15影響高強(qiáng)度螺栓承載力的因素有哪些？習(xí)題：設(shè)計(jì)鋼板的對(duì)接焊縫拼接。鋼材為Q345鋼，采用E50型焊條，手工焊，用引弧板，按三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。鋼

17、板承受軸心拉力，其設(shè)計(jì)值為：（1）1600kN；（2）2000kN。焊接工字形梁，截面如圖3-91 所示。腹板上設(shè)置一條工廠拼接的對(duì)接焊縫，拼接處承受M=2800kNm，V=700kN，鋼材為Q235鋼，焊條為E43型，按二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。計(jì)算焊縫是否滿足受力要求？圖3-91 習(xí)題3.2有一工字形鋼梁，采用I50a，鋼材為Q235，承受荷載設(shè)計(jì)值F=125kN，如圖3-92 所示。因長(zhǎng)度不夠而用對(duì)接坡口焊縫連接，焊條采用E43型，手工焊，按二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，計(jì)算連接是否安全。圖3-92 習(xí)題3.3試設(shè)計(jì)如圖3-93 所示雙角鋼和節(jié)點(diǎn)板間的角焊縫連接，角鋼截面為2L，節(jié)點(diǎn)板厚10mm。鋼材為Q2

18、35，焊條E43型，手工焊，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=320kN。（1）采用兩側(cè)焊縫，確定所需焊腳尺寸及焊縫長(zhǎng)度；（2）采用三面圍焊，確定所需焊腳尺寸及焊縫長(zhǎng)度。試設(shè)計(jì)圖3-94 所示的用雙層蓋板和角焊縫的對(duì)接連接。主板截面為，鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=1400kN。圖3-93 習(xí)題3.4 圖3-94習(xí)題3.5圖3-95 所示為雙板牛腿與柱的角焊縫連接，鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊，焊腳尺寸。試求角焊縫能承受的最大靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載設(shè)計(jì)值F。圖3-95 習(xí)題3.6圖3-96習(xí)題3.7圖3-96 所示連接中，雙角鋼拉桿2L通過(guò)14mm厚的連接板和20mm厚的端板連接于柱的翼緣，鋼材為，焊條為E43型，手工焊，承受拉力設(shè)計(jì)值N=540kN。（1）確定角鋼和連接板間的焊縫尺寸。（2）取，確定連接板和端板間焊縫的焊腳尺寸。（3）取，確定連接板和端板間焊縫的焊腳尺寸。試設(shè)計(jì)圖3-97 所示牛