3鋼結(jié)構(gòu)的連接-例題

1、頁眉內(nèi)容例3.1試驗算圖 3-21所示鋼板的對接焊縫的強度。鋼板寬度為200mm,板厚為14mm,軸心拉力設計值為N=490kN ,鋼材為Q235 ,手工焊，焊條為 E43型，焊縫質(zhì)量標準為三級，施焊時不加引弧板。(a)(b)圖3-21例題3-1(a)正縫；(b)斜縫解：焊縫計算長度lw =200-2 14 = 172mm焊縫正應力為3w2ft = 185N / mm490 102二=203.5N/mm172 14不滿足要求，改為斜對接焊縫。取焊縫斜度為1.5： 1,相應的傾角5 = 560，焊縫長度lw = 2000 -2 14 =213.2mm sin 56此時焊縫正應力為= 136.1N

2、/mm2 二 ffw =185N/mm2Ns490 103 sin 56, 一 一一 ,一lwt213.2 14剪應力為N cosuT = -lwt490 103 cos560213.2 142=91.80N / mm2:fvw = 125N / mm2斜焊縫滿足要求。tg560 =1.48,這也說明當tg日W 1.5時，焊縫強度能夠保證，可不必計算。例3.2計算圖3-22所示T形截面牛腿與柱翼緣連接的對接焊縫。牛腿翼緣板寬130mm,厚12mm,腹板高200mm,厚10mm。牛腿承受豎向荷載設計值 V=100kN ,力作用點到焊縫截面距離 e=200mm。鋼材為Q345,焊條 E50型，焊縫

3、質(zhì)量標準為三級，施焊時不加引弧板。解：將力V移到焊縫形心，可知焊縫受剪力 v=100kN ,彎矩 M =Ve=100M0.2 = 20kN m翼緣焊縫計算長度為130 -2 12 = 106mm腹板焊縫計算長度為200 -10 = 190mm頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容(a)(b)圖3-22例題3-2(a) T形牛腿對接焊縫連接；(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 X X的位置10.6 1.2 0,6 19 1.0 10.7 八八y1 二二 6.65cm10.6 1,2 - 19 1.0y2 =19 1.2 - 6.65= 13.55cm焊縫有效截面慣性矩13224I

4、x = 1919 1 4.0510.6 1.2 6.051349cm12翼緣上邊緣產(chǎn)生最大拉應力，其值為My120 106 6.65 10Ix -1349 104= 98.59N/mm2 二 ftw=265N/mm2腹板下邊緣壓應力最大，其值為My2Ix20 106 13.55 101349 104= 200.89N/mm2:fcw = 310N / mm2為簡化計算，認為剪力由腹板焊縫承受，并沿焊縫均勻分布V 100 1032 w2=52.63N / mm 二 fv = 180N / mmAw190 10腹板下邊緣正應力和剪應力都存在，驗算該點折算應力二一 -a：l 3 2 = 200.92

5、 3 52.632= 220.6N/mm2 ；1.1ftw =1.1 265 = 291.5N / mm2焊縫強度滿足要求。例3.3圖3-41是用雙拼接蓋板的角焊縫連接，鋼板寬度為240mm,厚度為12mm,承受軸心力設計值 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，確定蓋板尺寸并設計此連 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 t=240M 12/(2 190)

6、7. 6m8mm,則每塊蓋板的截面積為 190mmM8mm。角焊縫的焊腳尺寸 hf由蓋板厚度確定。焊縫在蓋板邊緣施焊，蓋板厚度8mm6mm,蓋板厚度主板厚度，則hfmax =8-(1 2)mm =7 6mm頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容hf min =1.5=1.5772 = 5.2mm ,取 hf =6mm , hf min hf hf max由附表4查得直角角焊縫的強度設計值ffw =160N/mm2。(1)僅用側(cè)面角焊縫連接一側(cè)所需焊縫總計算長度為600 103893mm hjfw 0.7 6 160因為有上、下兩塊拼接蓋板，共有4條側(cè)面角焊縫，每條焊縫的實際長度為1T，1 ，lw 2h f 893

7、2 6 = 235.25mm : 60hf =60 6 = 360mm 4取 l = 240mm。兩塊被拼接鋼板留出10mm間隙，所需拼接蓋板長度L =21 10 =2 240 10 = 490mm檢查蓋板寬度是否符合構(gòu)造要求蓋板厚度為8mm12mm,寬度b=190mm,且bl = 240mm ,滿足要求。(2)采用三面圍焊采用三面圍焊可以減小兩側(cè)面角焊縫的長度，從而減小拼接蓋板的尺寸。已知正面角焊縫的長度lw =190mm,兩條正面角焊縫所能承受的內(nèi)力為N=0.7hf% lw，ffw=0.7 6 2 190 1.22 160 = 311.5kN連接一側(cè)所需焊縫總計算長度為lwN -N (60

8、0-311.5) 10heffw0.7 6 160二 429mm連接一側(cè)共有4條側(cè)面角焊縫，每條焊縫的實際長度為1 一.1l =一 lw + hf = 父429 +6 = 113.3mm ,米用 120mm。 44所需拼接蓋板的長度為L =2l 10 =2 120 10 =250mm例3.4試設if圖3-42所示某桁架腹桿與節(jié)點板的連接。腹桿為 2L 110 M 10 ,節(jié)點板厚度為12mm,承受靜荷載設 計值N=640kN,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hf min =1.5 t =1.5.12 = 5.2mm肢尖焊腳尺寸 hfma

9、x =10(1 2)=98mm,采用 hf =8mm Imaxi肢背焊腳尺寸hfmax =1.2t =1.2M10 = 12mm ,同肢尖一樣采用 hf =8mm頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容圖3-42例3-4附圖肢背、肢尖焊縫受力N1 =k1N =0.7 640 = 448kNN2 =k2N =0.3 640=192kN肢背、肢尖所需焊縫計算長度w1Ni2heffw448 1032 0.7 8 160=250mm :二 60hf=60 8 = 480mm3w2= 107mmN2192 102heffw _ 2 0.7 8 160肢背、肢尖的實際焊縫長度11 =lw1 +2hf =250 + 2x8=266

10、mm,取 270mm12 =1w2 +2hf =107+2x8=123mm,取 130mm （2）采用三面圍焊取hf 3 =8mm ，求端焊縫承載力N3 Vh/ 1w3 f ffw u0.7 8 2 110 1.22 160-240.5kN此時肢背、肢尖焊縫受力 TOC o 1-5 h z NlKN -K =448-2405 =327.8kN 22N3240.5N2 =k2N3 =192 =71.8kN22則肢背、肢尖所需焊縫計算長度為w1N12heffw327.8 1032 0.7 8 160= 182.9mmw2N22he ffw71.8 1032 0.7 8 160=40mm肢背、肢尖的

11、實際焊縫長度11 =1w1 +hf =182.9+8 =190.9mm,取 200mm12 =1w2 +hf =40+8 = 48mm,取 50mm例3.5圖3-43所示為牛腿與鋼柱的連接，承受偏心荷載設計值V=400kN, e=25cm,鋼材為Q235,焊條為E43型,手工焊。試驗算角焊縫的強度。解：偏心荷載使焊縫承受剪力 V=400kN,彎矩M =Ve = 400M0.25 = 100kN m。設焊縫為周邊圍焊，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒有起落弧所引起的焊口缺陷，計算時忽略工字形翼緣端部繞角部分 焊縫。取hf =8mm,假定剪力僅由牛腿腹板焊縫承受。頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容圖3-43例3-5附圖牛腿腹板上

12、角焊縫的有效面積為 2Aw =2 0.7 0.8 36 40.32cm全部焊縫對x軸的慣性矩為 _2_2Ix =2 0.7 0.8 20 (20 0.28)4 0.7 0.8 (9.5 -0.56) (18-0.28)2 0.7 0.8 363 =19855.2cm412翼緣焊縫最外邊緣的截面模量是、八，19855.23Ww1 = = 965.7cm20.56翼緣和腹板連接處的截面模量是Ww219855.23二1103cm18在彎矩作用下角焊縫最大應力在翼緣焊縫最外邊緣，其數(shù)值為M 100 1062、-f103.6N/mmWw1965.7 103由剪力引起的剪應力在腹板焊縫上均勻分布，其值為V

13、 400 1032f = 99.2N/mm :Aw40.32 102:二，ffw =1.22 160 =195.2N/mm2ffw =160N/mm2在牛腿翼緣和腹板交界處，存在彎矩引起的正應力和剪力引起的剪應力，其正應力為M 100 106Ww21103 1032=90.66N/mm2一&仃f此處焊縫應滿足90.6699.22 =123.9N/mm2 : ffw =160N/mm21.22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,荷載設計值 V=200kN ,e=300mm ,鋼材為Q235鋼，E43型焊條，手工焊，試設計角焊縫連接。頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)

14、容匚g K300圖3-44例3-6附圖解：設圍焊焊腳尺寸 hf =8mm ,近似按板邊搭接長度來計算角焊縫的有效截面。o e角焊縫有效截面形心位置_(30 -0.8)2x = 2 0.7 0.8 ()2角焊縫有效截面的極慣性矩0.7 0.8 2 (30 - 0.8) 40 = 8.67cm1Q0AIx =0.7 0.8 403 2 (30 - 0.8) 202 =16068cm41213Iy -0.7 0.8 40 8.672(30 -0.8)2 (30 -0.8)(12J = Ix Iy =16068 5158 = 21226cm4 x y30-0.8-8.67)2 -5158cm4扭矩為

15、T =200 (30 30 -8.67) =10266kN cm角焊縫有效截面上A點最危險，其應力為TryJ10266 104 20024= 96.73N/mm21226 10TrxJ4-10266 10 (300 -8 -86.7)21226 10200 103 2= 99.29N/mm-36.30N/mm2Aw0.7 8 400 (300 -8) 2A點應力應滿足+( 2 仲，9+36.31+96.732 =147.3N/mm2 d.4 37 -1.4 2.15 （14 7） =176.4cm8鋼板截面最外邊緣正應力TN25106300 1032 r2仃=十 =r += 185.8N/mm

16、 f = 215N/mm叫An24010336.75 102鋼板截面形心處的剪應力300 1 03 1 76.4 1 03二 TT44435 10 14 .2= 85.23N/mm :二-_2fv =125N/mm螺栓受力及凈截面強度均滿足要求O 例3.9圖3-80為牛腿與柱翼緣的連接，承受設計值豎向力 V=100kN ,軸向力N=120kN。V的作用點距柱翼緣表面 距離e=200mm。鋼材為Q235 ,螺栓直徑20mm,為普通C級螺栓，排列如圖所示。牛腿下設支托，焊條 E43型, 手工焊。按（1）支托承受剪力和（2）支托只起臨時支承作用，不承受剪力；驗算螺栓強度和支托焊縫。解：（1）豎向力V

17、引起的彎矩M =Ve = 100 x0.2 =20kN ，m螺栓承受軸力N和彎矩M,剪力V由支托承擔。一個抗拉螺栓的承載力設計值.2_2bNt：de b 二 17.65ftb = 170 =41.60kN先按小偏心受拉計算，假定牛腿繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動，受力最小螺栓的拉力為N minMy1120 103一二1020 106 1404 (702 1 402)-16.57 103 :二 0說明連接下部受壓，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Ni(M Ne)y1小(20 106 120 103 140) 280_2_2_222(70140210280 )3= 35.

18、05 10 N= 35.05kN :二 Ntb =41.60kN支托承受剪力 V=100kN,設焊縫hf =8mm,3二 V _1.35 100 10hlw - 2 0.7 8 (100-2 8)= 143.5N/mm2 : ffw =160N/mm2圖3-80例3-9附圖（2）支托不承受剪力，螺栓同時承受拉力和剪力頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容一個螺栓的承載力設計值b 二 d2 b 二 202Nv =nvfv =1140 =43.98kN TOC o 1-5 h z 44N； =d tf； =20 10 305 = 61kN cc每個螺栓承擔的剪力為V 100 1034bNv = = =10 N =10k

19、N :二 Nv =43.98kNn 10受拉力最大螺栓所承擔的拉力同（1）,為Nt =35.05kN拉力和剪力共同作用下22_ 1 10 ) +(35.05、一、43.9811141.61=0.873 ： 1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 20mmM 280mm ,承受軸心拉力設 計值N=850kN ,鋼材為Q235鋼，采用8.8級的M22高強度螺栓，連接處構(gòu)件接觸面經(jīng)噴砂處理， 試分別采用高強度螺栓摩擦型和承壓型設計此連接。解：（1）采用高強度螺栓摩擦型連接一個螺栓抗剪承載力設計值N； =0.9nfP =0.9 2 0.45 150 = 121.5kN連接一側(cè)所

20、需螺栓數(shù)為850121.5=7個708.3 1032-41.6 10(a)用9個，螺栓排列如圖 3-89a所示。構(gòu)件凈截面強度驗算，鋼板在邊列螺栓處的截面最危險。取螺栓孔徑比螺栓桿徑大2.0mm。N =N(1-0.5當=850 (1 -0.5 3)=708.3kN n92An =t(b-Rd。)=2 (28-3 2.4) = 41.6cm22_.2= 170.3N/mm 二 f = 205N/mm頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容(b)圖3-89例3-10附圖構(gòu)件毛截面驗算： =850 10 =151.8N/mm 2 ：二 fA 280 20(2)采用高強度螺栓承壓型連接一個螺栓的抗剪承載力設計值b二 de2

21、b 二 222Nv =nvfv =2 250 =190.1kN44N：二d% tfcb =22 20 470=206.8kN min =190.1kN連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為N 850 人n = -r- = 4.47 個Nmin 190.11.5mm 。用6個，排列如圖3-89b所示。構(gòu)件凈截面驗算，鋼板在邊列螺栓處的截面最危險。取螺栓孔徑比螺栓桿徑大An =t(b-n1do) =2 (28-3 2.35) -41.9cm2An850 10341.9 102=202.9N/mm2二 f = 205N/mm2例3.11圖3-90所示牛腿與柱的連接，承受豎向集中荷載設計值 V=235kN ,鋼材為Q3

22、45鋼，采用8.8級的M22高強度螺栓，接觸面經(jīng)噴砂處理，試分別采用高強度螺栓摩擦型和承壓型設計此連接。2LUc2L圖3-90例3-11附圖g n gF(b)2(12D頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容解：(1)采用高強度螺栓摩擦型連接螺栓群承受剪力 v=235kN,彎矩M =V e = 235父0.2 = 47kN m一個螺栓的承載力設計值Nb =0.8P =0.8 150=120kNN： =0.9nfP =0.9 1 0.5 150 = 67.5kN采用10個螺栓，布置如圖3-90a所示。在彎矩作用下，受拉力最大螺栓所承擔的拉力為NtM y1一 2 m y47 106 1602 2 (1602 802)=5

23、8.75kN剪力由螺栓平均分擔，每個螺栓承受的剪力為235Nv = = 23.5kN10受力最大螺栓應滿足Nv NN?Nb23.567.558.75+120=0.838 ： 1采用10個螺栓合適(2)采用高強度螺栓承壓型連接采用8個螺栓，布置如圖3-90b所示。一個螺栓的承載力設計值b 二 d 二 22N：=nvfvb =1 250 =95.03kN44Nb=d tfcb=22 20 590 = 259.6kNbNtftb2二 19.652400 =121.3kN在彎矩作用下，受拉力最大螺栓所承擔的拉力為NtMy1m y247 106 1502 2 (502 1502)= 70.5kNNtb剪

24、力由螺栓平均分擔，每個螺栓承受的剪力為235Nv =29.38kN8受力最大螺栓應滿足恒+=122+(空2 =06581NbJ WJ L95.03J 121.3J 。.8 1Nv Nb/1.2 =259.6/1.2 =216.3kN v c采用8個螺栓合適。頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容本章重要公式小結(jié)表:序號貝碼公式及其編號適用條件常見錯誤典型例題110N A f w e WCT = ft 或 flwt(3-1)軸心受力的對接焊 縫計算公式焊縫的計算長度考 慮錯誤例題3-1211Mfw 仃= ftWw(3-2)受彎的對接焊縫計 算公式例題3-2311VSwwf = fvIwt(3-3)受剪的對接焊縫計 算

25、公式例題3-1例題3-2419_ N f w f fheZ lw (3-9)側(cè)面角焊縫受軸力 作用的計算公式計算厚度取為焊角 尺寸例題3-3519%=EPfffw f he lwf f(3-10)正面角焊縫受軸力 作用的計算公式漏掉強度增大系數(shù)例題3-4619角焊縫受平行和垂 直于焊縫長度方向 的軸力作用的計算 公式J(Qf /1)2 + ffw (3-13)722Mw w wOff ffWw (3-19)彎矩作用下角焊縫 的計算公式例題3-5823Tr Fa =J (3-20)扭矩作用下角焊縫 受到的剪應力極慣性矩的計算錯 誤例題3-6938zb-尤 f bNV nVfy4(3-24)一個普

26、通螺栓的抗 剪承載力設計值取錯受剪面的數(shù)目例題3-71039Nb =d tf/cc(3-25)一個普通螺栓的承 壓承載力設計值總厚度未取最小值例題3-81139b 端b Ntb - e ftb4(3-26)一個普通螺栓的抗 拉承載力設計值把de取為螺栓直 徑例題3-81240N n - bNminNmin=( NV，Nc) min(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3-7頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容1341NCT = fAn(3-29)軸心受力的螺栓群 抗剪連接的板件凈 截面強度計算公式凈截面面積計算有 誤1442mtTr1Tr1N12 22 N minZ riz XiV(

27、3-33)螺栓群在扭矩作用 下受力最大螺栓承 受的剪力計算公式1544NlgEN： m V(3-39)螺栓群在彎矩作用 下受力最大螺栓承 受的拉力計算公式例題3-91645Jw卜2+N、 bIN；)4v N；(3-44)21普通螺栓在拉力和 剪力共同作用下應 滿足的公式例題3-91752N； =0.9nf 叩(3-46)一個高強度螺栓摩 擦型連接的抗剪承 載力設計值例題3-101853Ntb =0.8P(3-48)一個抗拉高強度螺 栓的承載力設計值例題3-101954與* 1K. bKl b 1NvNt(3-49)高強度螺栓摩擦型 連接在拉力和剪力 共同作用下應滿足 的公式例題3-112054

28、IN； JNv2+三、IN： J (3-50)Nc/1.2 c(3-51)21高強度螺栓承壓型 連接在拉力和剪力 共同作用下應滿足 的公式例題3-1121550.5n1、N N (1 -)n(3-52 )軸心受力的高強度 螺栓摩擦型抗剪連 接的板件凈截面?zhèn)?力思考題:鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法有哪幾種？試述其優(yōu)缺點及適用范圍。選擇焊條型號為什么要與被焊金屬的種類相適應？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？在計算正面角焊縫時，什么情況考慮強度設計值增大系數(shù)Pf ?為什么?角焊縫的焊腳尺寸、焊縫長度有何限制？為什么?焊縫的起落弧對焊縫有何影響？計算中如何考慮?焊接殘余應力是怎樣

29、產(chǎn)生的？頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容焊接殘余應力對結(jié)構(gòu)工作有何影響？普通螺栓連接和高強度螺栓連接的計算有什么區(qū)別？高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接有什么區(qū)別？高強度螺栓的預拉力起什么作用？預拉力大小與承載力有何關(guān)系？計算構(gòu)件凈截面強度時，高強度螺栓摩擦型連接、承壓型連接與普通螺栓連接三者有何異同？普通螺栓受剪連接有哪幾種可能的破壞形式？如何防止？普通螺栓與高強度螺栓受彎連接中，在計算螺栓拉力時的主要區(qū)別是什么？為什么？影響高強度螺栓承載力的因素有哪些？習題：設計400mmM16mm鋼板的對接焊縫拼接。鋼材為 Q345鋼，采用E50型焊條，手工焊，用引 弧板，按三級質(zhì)量標準檢驗。鋼板承受軸心拉力，其設計值為

30、：（1） 1600kN; （ 2） 2000kN。焊接工字形梁，截面如圖3-91所示。腹板上設置一條工廠拼接的對接焊縫，拼接處承受M=2800kNm , V=700kN ,鋼材為Q235鋼，焊條為 E43型，按二級質(zhì)量標準檢驗。計算焊縫是否滿足受力要求?圖3-91習題3.2有一工字形鋼梁，采用 I50a,鋼材為 Q235,承受荷載設計值 F=125kN ,如圖3-92所示。因長度不夠而用對接坡口焊縫連接，焊條采用E43型，手工焊，按二級質(zhì)量標準檢驗，計算連接是否安全。對接坡口爆舞100030009000圖3-92習題3.3試設計如圖 3-93所示雙角鋼和節(jié)點板間的角焊縫連接，角鋼截面為2L 90M 8 ,節(jié)點板厚10mm。鋼材為 Q235,焊條E43型，手工焊，承受軸心拉力設計值N=320kN。（ 1）采用兩側(cè)焊縫，確定所需焊腳尺寸及焊縫長度；（ 2）采用三面圍焊，確定所需焊腳尺寸及焊縫長度。試設1t圖3-94所示的用雙層蓋板和角焊縫的對接連接。主板截面為420mmM 20mm ,鋼材為Q235,焊條E43型，手工焊，承受軸心拉力設計值N=1400kN。頁腳內(nèi)容頁眉內(nèi)容圖3-93習題3.4圖3-94習題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 hf =10mm。試求角焊縫能承受的最大靜態(tài)和動態(tài)荷載設計