《钢结构设计原理》作业答案 3. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接 (直缝或斜缝) 。 轴力拉力设计值 N=1500kN, 钢材 Q345-A,焊条 E50 型,手工焊,焊缝质量三级。 解: 三级焊缝 查附表 1.3: f t w 265N/mm2 , f vw 180N/mm2 不采用引弧板: l w b 2t 500 2 10 480mmN 1500 103 312.5N/mm2 f t w 265N/mm2 ,不可。 lw t 480 10改用斜对接焊缝: 方法一:按规范取 θ=56°,斜缝长度: (b / sin ) 2t (500/ sin 56) 20 (500/ 0.829) 20 583mm lwN sin 1500 103 0.829 213N/mm2 f t w 265N/mm2 t lw 583 10N cos 1500 103 0.559 144N/mm2 fvw 180N/mm2 t lw 583 10设计满足要求。 方法二:以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解 方便些。3.9 条件同习题 3.8,受静力荷载,试设计加盖板的对接连接。 解:依题意设计加盖板的对接连接,采用角焊缝连接。10500NN
查附表 1.3: f fw 200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A,E50 型焊条,手工焊。设盖板宽 b=460mm,为 保证盖板与连接件等强,两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。 所需盖板厚度: t2 A1 500 10 5.4mm ,取 t2=6mm。 2b 2 460由于被连接板件较薄 t=10mm,仅用两侧缝连接,盖板宽 b 不宜大于 190,要保证与母材等强,则盖板厚则不小于 14mm。所以此盖板连接不宜 仅用两侧缝连接,先采用三面围焊。 1) 确定焊脚尺寸 最大焊脚尺寸: t 6mm,hf max t mm 最小焊脚尺寸: hf min 1.5 t 1.5 10 4.7 mm 取焊脚尺寸 hf=6mm 2)焊接设计: 正面角焊缝承担的轴心拉力设计值:N3 2 0.7hf b f f fw 2 0.7 6 4601.22 200 942816 N侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值:N1 N N3 1500103 942816 557184 N所需每条侧面角焊缝的实际长度(受力的一侧有 4 条侧缝) :l l w hf N1 557184 hf 6 172mm w 4 0.7 6 200 4 0.7hf f f17510175取侧面焊缝实际长度 175mm,则所需盖板长度: L=175× 2+10(盖板距离)=360mm。500 6 6 10NN∴此加盖板的对接连接,盖板尺寸取-360× 460× 6mm,
焊脚尺寸 hf=6mm3.10. 有一支托角钢, 两边用角焊缝与柱相连。 如图所示, 钢材为 Q345-A, 焊条为 E50 型,手工焊,试确定焊缝厚度(焊缝有绕角,焊缝长度可以不 减去 2hf) 。已知:外力设计值 N=400kN。 解:20020已知:lw=200mm,N=400kN, f fw 200N/mm2 1) 内力计算 剪力: V N 400kN 弯矩: M Ne 400 20 8000kN.mm 2)焊脚尺寸设计6M 6 8000 103 600 f N/mm2 2 2 弯矩引起的焊缝应力: he 2he l w 2 200 heL200× 125× 18剪力产生的焊缝剪应力:f 所需焊脚尺寸: f2f V 400 103 1000 N/mm2 he 2he l w 2 200 he 1000 w 2 h f f 200N/mm e 2 2 600 2 f 1.22h e 22 600 1000 h he 5.57mm hf e 5.57 7.79mm 1.22 200 200 0.7 0.7取焊脚尺寸 hf=8mm 焊缝构造要求: 最大焊脚尺寸: hf max t (1 2) 18 (1 2) 17 16 mm 最小焊脚尺寸: hf min 1.5 t 1.5 20 6.7 mm
取 hf=8mm 满足焊缝构造要求。3.11 试设计如图所示牛腿与柱的角焊缝连接。钢材 Q235-B,焊条 E43 型, 手工焊,外力设计值 N=98kN, (静力荷载) ,偏心 e=120mm。 (注意力 N 对 水平焊缝也有偏心)1)初选焊脚尺寸最小焊脚尺寸: hf min 1.5 t 1.5 12 5.2 mm 取 hf=6mm 满足焊缝构造要求。 2) 焊缝截面几何性质yc12焊缝截面形心距腹板下边缘的距离 yc hf h 200 2hf 150 12 hf 200 f 2 (200 2hf ) hf (150 2hf ) 12 200 2 2 2 2 2 yc 150 12 hf 2 (200 2hf ) hf (150 2hf ) 2 2 150 12 200 12 6 200 3 2 (200 12) 6 (150 12) 12 200 3 2 2 2 150 12 6 2 (200 12) 6 (150 12) 2 2 139mm全部有效焊缝对中和轴的惯性矩: 150 12 I x 4.2 (150 12) (2.1 12 61) 2 2 4.2 6 (61 2.1) 2 2 3 2 4.2 188 188 2 4.2 188 (139 94) 2 12954006 mm4 123)焊缝截面验算200最大焊脚尺寸: hf max 1.2t 1.2 12 14.4 mm12解:查附表 1.3: f fw 160N/mm2150
弯矩: M Ne 98 120 11760 kN mm 考虑弯矩由全部焊缝承担M 11760 103 (61 12 4.2) f 70N/mm2 弯矩引起翼缘边缘处的应力: Wf1 12954006弯矩引起腹板边缘处的应力:f M 11760 103 139 126N/mm2 Wf2 12954006剪力由腹板承担,剪力在腹板焊缝中产生的剪应力:f V 98 103 62N/mm2 he l w 2 0.7 6 188则腹板下边缘处的应力:f f 126 2 2 2 w 2 f 1.22 62 120N/mm f f 160N/mm 2 2所设焊脚尺寸满足要求。 所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取 hf=6mm。3.13 如图所示梁与柱的连接中,钢材为 Q235-B,弯矩设计值 M=100kN.m, 剪力 V=600kN,试完成下列设计和验算: 1)剪力 V 由支托焊缝承受,焊条采用 E43 型,手工焊,求焊缝 A 的高度 hf 2)弯矩 M 由普通螺栓承受,螺栓直径 24mm,验算螺栓是否满足要求。 解: f fw 160N/mm2 , f tb 170N/mm2 , Ae 353mm2 1) 支托焊脚尺寸计算支托采用三面围焊,且有绕角焊缝,不计焊缝起落弧的不利影响,同时 考虑剪力传力偏心和传力不均匀等的影响,焊缝计算通常取竖向剪力的
弯矩:MNe9812011760kNmm 考虑弯矩由全部焊缝承担
M11760103(61124.2)f70N/mm2
弯矩引起翼缘边缘处的应力:Wf112954006 M11760103139
f126N/mm2
弯矩引起腹板边缘处的应力:Wf212954006
剪力由腹板承担,剪力在腹板焊缝中产生的剪应力:
V98103f62N/mm2
helw20.76188
则腹板下边缘处的应力:
f
f
126222w262120N/mmff160N/mmf
1.22
2
2
所设焊脚尺寸满足要求。
所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取hf=6mm。
3.13 如图所示梁与柱的连接中,钢材为Q235-B,弯矩设计值M=100kN.m,剪力V=600kN,试完成下列设计和验算:
1)剪力V由支托焊缝承受,焊条采用E43型,手工焊,求焊缝A的高度hf
2)弯矩M由普通螺栓承受,螺栓直径24mm,验算螺栓是否满足要求。 解:ffw160N/mm2,ftb170N/mm2,Ae353mm2 1)
支托焊脚尺寸计算
支托采用三面围焊,且有绕角焊缝,不计焊缝起落弧的不利影响,同时考虑剪力传力偏心和传力不均匀等的影响,焊缝计算通常取竖向剪力的
1.2~1.3倍。
正面角焊缝能承受的力:N2hebfffw3001.22160he58560heN 侧面角焊缝能承受的力:N12helwffw2250160he80000heN
取1.3VN1N2
1.3600103he5.63
h5.63mm,则h8.04mmf所需焊脚尺寸:e58560800000.70.7
取hf=10mm 2)
拉力螺栓验算:
e
e
单个螺栓抗拉承载力设计值:NtbAeftb35317060010N
弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力:
My1100106600N140000NNtb60010N222222
yi2(600500300200100)
满足。
3.14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度,C级螺栓M20,所用钢材为Q235B,若改用M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接(摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈)其承载力有何差别? 解:
1. 采用普通螺栓连接
b2b2f140N/mmf170N/mmvt查表:,,
fcb305N/mm2Ae245mm2
1) 内力计算
剪力: VNsin451500.707106.07kN 拉力:NNcos451500.707106.07kN 2)
螺栓强度验算
b
v
202
f13.1414043960N=43.96kN 单个螺栓受剪承载力:Nnv44
b
v
d2
单个螺栓承压承载力:Ncb
tdfcb16
2030597600N=97.6kN 单个螺栓受拉承载力:NtbAeftb24517041650N41.65kN
e
e
每个螺栓承受均匀剪力和拉力:
螺栓最大剪力(拉力)2排2列:NvNt
N106.07
=26.5kN224
拉-0.881 bNv26.5kN
2. 改用高强度螺栓摩擦型连接
查表3.5.2 8.8级M20高强螺栓预拉力P=125kN,摩擦面仅用钢丝刷清除
浮锈μ=0.3
单个螺栓受剪承载力设计值:Nvb0.9nfP0.910.312533.75kN 单个螺栓受拉承载力设计值: Ntb0.8P0.8125100kN
e
拉-剪共同作用:
NvNt26.526.5
连接不满足要求。 1.051bb
NvNt33.75100
3.15.如图所示螺栓连接采用Q235B钢,C级螺栓直径d=20mm,求此连接最大能承受的Fmax值。 解:查附表1.3:
fvb140N/mm2,fcb305N/mm2
假设螺栓孔直径d0=21.5mm
202
f23.1414087920N=87.92kN单个螺栓受剪承载力:Nnv44
b
v
bv
d2
单个螺栓承压承载力:Ncbtdfcb2020305122000N=122kN 此螺栓连接最大能承受的轴力设计值:FmaxnNvb1387.921143kN 连接板件净截面面积A1(直线):A1t(b3d0)20(320321.5)5110mm2 净截面面积A2(折线):A220(2404521.5)6238mm2 构件截面最大能承受的轴力设计值:FmaxA1f51102051048kN 所以此连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。
3.16. 如上题中将C级螺栓改为M20的10.9级高强度螺栓,求此连接最大能承受的Fmax值。要求按摩擦型连接和承压型连接分别计算(钢板表面仅用钢丝清理浮锈)
解:查表3.5.2 10.9级M20高强螺栓预拉力P=155kN,摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈μ=0.3
b2b2f310N/mmf470N/mmvc查附表1.3高强度螺栓承压型连接:,
1)摩擦型连接
单个螺栓受剪承载力设计值:Nvb0.9nfP0.920.315583.7kN
查附表1.1:f205N/mm
2
螺栓连接最大能承受的Fmax值:FmaxnNvb1383.71088kN 构件截面最大能承受的轴力设计值:
/(10.5n1/n)1048/(10.53/13)1184kNFmaxFmax
此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的Fmax=1088kN 。 2) 承压型连接
单个螺栓受剪承载力设计值(受剪面不在螺纹处):
202Nnvf23.14310194680N=194.68kN
44
b
v
bv
d2
单个螺栓承压承载力设计值:Ncbtdfcb2020470188000N=188kN
b
此连接螺栓所能承受的最大轴力设计值:FmaxnNv131882444kN
构件截面最大能承受的轴力设计值:FmaxA1f51102051048kN
所以此高强度螺栓承压型连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。
3.18. 双角钢拉杆与柱的连接如图。拉力N=550kN。钢材为Q235B钢,角钢与节点板、节点板与端板采用焊缝连接焊条采用E43型焊条,端板与柱采用双排10.9级M20高强度螺栓连接。构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理。试求:
1)角钢与节点板连接的焊缝长度;
2)节点板与端板的焊缝高度;
3)验算高强度螺栓连接(分别按摩擦型和型连接考虑)。 解:
1) 角钢与节点板连接的焊缝长度(两侧缝)
已知hf=6mm,查附表1.3:ffw160N/mm2
不等边角钢长肢相连(P73表3.3.1)K1=0.65,K2=0.35。 角钢肢背 所需焊缝计算长度:lw1角钢肢尖所需焊缝计算长度:lw2
0.65550103K1N266mmw
heff20.76160
0.35550103K2N
143mmheffw20.76160
肢背焊缝长度:l1lw12hf26626278mm取280mm肢尖焊缝长度:l2lw22hf14326155mm2)
节点板与端板的焊缝高度
预选焊脚尺寸:最大焊脚尺寸:hfmax1.2t1.21416.8mm
,
,
最小焊脚尺寸:hfmax1.56.7mm取hf=8mm。
节点板与端板焊缝计算长度:lwl2hf44028424mm焊缝截面所受的剪力:VNcos455502388.9kN
焊缝截面所受的拉力:FNsin455502388.9kN
FV388.9103
ff81.89N/mm2
AfAf20.78424
焊缝强度验算:
f
f
81.89222w281.89106N/mmf160N/mmff
1.22
2
2
所选焊脚尺寸满足要求。 3)
验算高强度螺栓连接(分别按摩擦型和承压型连接考虑)
查表3.5.2 10.9级M20高强螺栓预拉力P=155kN,构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理μ=0.35.
a. 摩擦型连接
单个螺栓受剪承载力设计值:Nvb0.9nfP0.910.3515548.83kN 单个螺栓受拉承载力设计值: 螺栓平均承受剪力=拉力:拉-剪共同作用:b. 承压型连接
b2f310N/mmv查附表1.3高强度螺栓承压型连接:,
Ntbe0.8P0.8155124kN
V(F)388.9
=38.89kN
2510
NvNt
NvNt38.8938.89
连接不满足要求。 b1.111b
NvNt49124
fcb470N/mm2ftb500N/mm2
单个螺栓受剪承载力设计值(受剪面不在螺纹处):
202
Nnvf13.1431097340N=97.34kN
44
b
v
bv
d2
单个螺栓承压承载力设计值:Ntdf2020470188000N=188kN 单个螺栓受拉承载力:NtbAeftb245500122500N122.5kN
e
e
bcbc
拉-
0.511 b
Nv38.89kN
《钢结构设计原理》作业答案 3. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接 (直缝或斜缝) 。 轴力拉力设计值 N=1500kN, 钢材 Q345-A,焊条 E50 型,手工焊,焊缝质量三级。 解: 三级焊缝 查附表 1.3: f t w 265N/mm2 , f vw 180N/mm2 不采用引弧板: l w b 2t 500 2 10 480mmN 1500 103 312.5N/mm2 f t w 265N/mm2 ,不可。 lw t 480 10改用斜对接焊缝: 方法一:按规范取 θ=56°,斜缝长度: (b / sin ) 2t (500/ sin 56) 20 (500/ 0.829) 20 583mm lwN sin 1500 103 0.829 213N/mm2 f t w 265N/mm2 t lw 583 10N cos 1500 103 0.559 144N/mm2 fvw 180N/mm2 t lw 583 10设计满足要求。 方法二:以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解 方便些。3.9 条件同习题 3.8,受静力荷载,试设计加盖板的对接连接。 解:依题意设计加盖板的对接连接,采用角焊缝连接。10500NN
查附表 1.3: f fw 200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A,E50 型焊条,手工焊。设盖板宽 b=460mm,为 保证盖板与连接件等强,两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。 所需盖板厚度: t2 A1 500 10 5.4mm ,取 t2=6mm。 2b 2 460由于被连接板件较薄 t=10mm,仅用两侧缝连接,盖板宽 b 不宜大于 190,要保证与母材等强,则盖板厚则不小于 14mm。所以此盖板连接不宜 仅用两侧缝连接,先采用三面围焊。 1) 确定焊脚尺寸 最大焊脚尺寸: t 6mm,hf max t mm 最小焊脚尺寸: hf min 1.5 t 1.5 10 4.7 mm 取焊脚尺寸 hf=6mm 2)焊接设计: 正面角焊缝承担的轴心拉力设计值:N3 2 0.7hf b f f fw 2 0.7 6 4601.22 200 942816 N侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值:N1 N N3 1500103 942816 557184 N所需每条侧面角焊缝的实际长度(受力的一侧有 4 条侧缝) :l l w hf N1 557184 hf 6 172mm w 4 0.7 6 200 4 0.7hf f f17510175取侧面焊缝实际长度 175mm,则所需盖板长度: L=175× 2+10(盖板距离)=360mm。500 6 6 10NN∴此加盖板的对接连接,盖板尺寸取-360× 460× 6mm,
焊脚尺寸 hf=6mm3.10. 有一支托角钢, 两边用角焊缝与柱相连。 如图所示, 钢材为 Q345-A, 焊条为 E50 型,手工焊,试确定焊缝厚度(焊缝有绕角,焊缝长度可以不 减去 2hf) 。已知:外力设计值 N=400kN。 解:20020已知:lw=200mm,N=400kN, f fw 200N/mm2 1) 内力计算 剪力: V N 400kN 弯矩: M Ne 400 20 8000kN.mm 2)焊脚尺寸设计6M 6 8000 103 600 f N/mm2 2 2 弯矩引起的焊缝应力: he 2he l w 2 200 heL200× 125× 18剪力产生的焊缝剪应力:f 所需焊脚尺寸: f2f V 400 103 1000 N/mm2 he 2he l w 2 200 he 1000 w 2 h f f 200N/mm e 2 2 600 2 f 1.22h e 22 600 1000 h he 5.57mm hf e 5.57 7.79mm 1.22 200 200 0.7 0.7取焊脚尺寸 hf=8mm 焊缝构造要求: 最大焊脚尺寸: hf max t (1 2) 18 (1 2) 17 16 mm 最小焊脚尺寸: hf min 1.5 t 1.5 20 6.7 mm
取 hf=8mm 满足焊缝构造要求。3.11 试设计如图所示牛腿与柱的角焊缝连接。钢材 Q235-B,焊条 E43 型, 手工焊,外力设计值 N=98kN, (静力荷载) ,偏心 e=120mm。 (注意力 N 对 水平焊缝也有偏心)1)初选焊脚尺寸最小焊脚尺寸: hf min 1.5 t 1.5 12 5.2 mm 取 hf=6mm 满足焊缝构造要求。 2) 焊缝截面几何性质yc12焊缝截面形心距腹板下边缘的距离 yc hf h 200 2hf 150 12 hf 200 f 2 (200 2hf ) hf (150 2hf ) 12 200 2 2 2 2 2 yc 150 12 hf 2 (200 2hf ) hf (150 2hf ) 2 2 150 12 200 12 6 200 3 2 (200 12) 6 (150 12) 12 200 3 2 2 2 150 12 6 2 (200 12) 6 (150 12) 2 2 139mm全部有效焊缝对中和轴的惯性矩: 150 12 I x 4.2 (150 12) (2.1 12 61) 2 2 4.2 6 (61 2.1) 2 2 3 2 4.2 188 188 2 4.2 188 (139 94) 2 12954006 mm4 123)焊缝截面验算200最大焊脚尺寸: hf max 1.2t 1.2 12 14.4 mm12解:查附表 1.3: f fw 160N/mm2150
弯矩: M Ne 98 120 11760 kN mm 考虑弯矩由全部焊缝承担M 11760 103 (61 12 4.2) f 70N/mm2 弯矩引起翼缘边缘处的应力: Wf1 12954006弯矩引起腹板边缘处的应力:f M 11760 103 139 126N/mm2 Wf2 12954006剪力由腹板承担,剪力在腹板焊缝中产生的剪应力:f V 98 103 62N/mm2 he l w 2 0.7 6 188则腹板下边缘处的应力:f f 126 2 2 2 w 2 f 1.22 62 120N/mm f f 160N/mm 2 2所设焊脚尺寸满足要求。 所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取 hf=6mm。3.13 如图所示梁与柱的连接中,钢材为 Q235-B,弯矩设计值 M=100kN.m, 剪力 V=600kN,试完成下列设计和验算: 1)剪力 V 由支托焊缝承受,焊条采用 E43 型,手工焊,求焊缝 A 的高度 hf 2)弯矩 M 由普通螺栓承受,螺栓直径 24mm,验算螺栓是否满足要求。 解: f fw 160N/mm2 , f tb 170N/mm2 , Ae 353mm2 1) 支托焊脚尺寸计算支托采用三面围焊,且有绕角焊缝,不计焊缝起落弧的不利影响,同时 考虑剪力传力偏心和传力不均匀等的影响,焊缝计算通常取竖向剪力的
弯矩:MNe9812011760kNmm 考虑弯矩由全部焊缝承担
M11760103(61124.2)f70N/mm2
弯矩引起翼缘边缘处的应力:Wf112954006 M11760103139
f126N/mm2
弯矩引起腹板边缘处的应力:Wf212954006
剪力由腹板承担,剪力在腹板焊缝中产生的剪应力:
V98103f62N/mm2
helw20.76188
则腹板下边缘处的应力:
f
f
126222w262120N/mmff160N/mmf
1.22
2
2
所设焊脚尺寸满足要求。
所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取hf=6mm。
3.13 如图所示梁与柱的连接中,钢材为Q235-B,弯矩设计值M=100kN.m,剪力V=600kN,试完成下列设计和验算:
1)剪力V由支托焊缝承受,焊条采用E43型,手工焊,求焊缝A的高度hf
2)弯矩M由普通螺栓承受,螺栓直径24mm,验算螺栓是否满足要求。 解:ffw160N/mm2,ftb170N/mm2,Ae353mm2 1)
支托焊脚尺寸计算
支托采用三面围焊,且有绕角焊缝,不计焊缝起落弧的不利影响,同时考虑剪力传力偏心和传力不均匀等的影响,焊缝计算通常取竖向剪力的
1.2~1.3倍。
正面角焊缝能承受的力:N2hebfffw3001.22160he58560heN 侧面角焊缝能承受的力:N12helwffw2250160he80000heN
取1.3VN1N2
1.3600103he5.63
h5.63mm,则h8.04mmf所需焊脚尺寸:e58560800000.70.7
取hf=10mm 2)
拉力螺栓验算:
e
e
单个螺栓抗拉承载力设计值:NtbAeftb35317060010N
弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力:
My1100106600N140000NNtb60010N222222
yi2(600500300200100)
满足。
3.14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度,C级螺栓M20,所用钢材为Q235B,若改用M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接(摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈)其承载力有何差别? 解:
1. 采用普通螺栓连接
b2b2f140N/mmf170N/mmvt查表:,,
fcb305N/mm2Ae245mm2
1) 内力计算
剪力: VNsin451500.707106.07kN 拉力:NNcos451500.707106.07kN 2)
螺栓强度验算
b
v
202
f13.1414043960N=43.96kN 单个螺栓受剪承载力:Nnv44
b
v
d2
单个螺栓承压承载力:Ncb
tdfcb16
2030597600N=97.6kN 单个螺栓受拉承载力:NtbAeftb24517041650N41.65kN
e
e
每个螺栓承受均匀剪力和拉力:
螺栓最大剪力(拉力)2排2列:NvNt
N106.07
=26.5kN224
拉-0.881 bNv26.5kN
2. 改用高强度螺栓摩擦型连接
查表3.5.2 8.8级M20高强螺栓预拉力P=125kN,摩擦面仅用钢丝刷清除
浮锈μ=0.3
单个螺栓受剪承载力设计值:Nvb0.9nfP0.910.312533.75kN 单个螺栓受拉承载力设计值: Ntb0.8P0.8125100kN
e
拉-剪共同作用:
NvNt26.526.5
连接不满足要求。 1.051bb
NvNt33.75100
3.15.如图所示螺栓连接采用Q235B钢,C级螺栓直径d=20mm,求此连接最大能承受的Fmax值。 解:查附表1.3:
fvb140N/mm2,fcb305N/mm2
假设螺栓孔直径d0=21.5mm
202
f23.1414087920N=87.92kN单个螺栓受剪承载力:Nnv44
b
v
bv
d2
单个螺栓承压承载力:Ncbtdfcb2020305122000N=122kN 此螺栓连接最大能承受的轴力设计值:FmaxnNvb1387.921143kN 连接板件净截面面积A1(直线):A1t(b3d0)20(320321.5)5110mm2 净截面面积A2(折线):A220(2404521.5)6238mm2 构件截面最大能承受的轴力设计值:FmaxA1f51102051048kN 所以此连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。
3.16. 如上题中将C级螺栓改为M20的10.9级高强度螺栓,求此连接最大能承受的Fmax值。要求按摩擦型连接和承压型连接分别计算(钢板表面仅用钢丝清理浮锈)
解:查表3.5.2 10.9级M20高强螺栓预拉力P=155kN,摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈μ=0.3
b2b2f310N/mmf470N/mmvc查附表1.3高强度螺栓承压型连接:,
1)摩擦型连接
单个螺栓受剪承载力设计值:Nvb0.9nfP0.920.315583.7kN
查附表1.1:f205N/mm
2
螺栓连接最大能承受的Fmax值:FmaxnNvb1383.71088kN 构件截面最大能承受的轴力设计值:
/(10.5n1/n)1048/(10.53/13)1184kNFmaxFmax
此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的Fmax=1088kN 。 2) 承压型连接
单个螺栓受剪承载力设计值(受剪面不在螺纹处):
202Nnvf23.14310194680N=194.68kN
44
b
v
bv
d2
单个螺栓承压承载力设计值:Ncbtdfcb2020470188000N=188kN
b
此连接螺栓所能承受的最大轴力设计值:FmaxnNv131882444kN
构件截面最大能承受的轴力设计值:FmaxA1f51102051048kN
所以此高强度螺栓承压型连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。
3.18. 双角钢拉杆与柱的连接如图。拉力N=550kN。钢材为Q235B钢,角钢与节点板、节点板与端板采用焊缝连接焊条采用E43型焊条,端板与柱采用双排10.9级M20高强度螺栓连接。构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理。试求:
1)角钢与节点板连接的焊缝长度;
2)节点板与端板的焊缝高度;
3)验算高强度螺栓连接(分别按摩擦型和型连接考虑)。 解:
1) 角钢与节点板连接的焊缝长度(两侧缝)
已知hf=6mm,查附表1.3:ffw160N/mm2
不等边角钢长肢相连(P73表3.3.1)K1=0.65,K2=0.35。 角钢肢背 所需焊缝计算长度:lw1角钢肢尖所需焊缝计算长度:lw2
0.65550103K1N266mmw
heff20.76160
0.35550103K2N
143mmheffw20.76160
肢背焊缝长度:l1lw12hf26626278mm取280mm肢尖焊缝长度:l2lw22hf14326155mm2)
节点板与端板的焊缝高度
预选焊脚尺寸:最大焊脚尺寸:hfmax1.2t1.21416.8mm
,
,
最小焊脚尺寸:hfmax1.56.7mm取hf=8mm。
节点板与端板焊缝计算长度:lwl2hf44028424mm焊缝截面所受的剪力:VNcos455502388.9kN
焊缝截面所受的拉力:FNsin455502388.9kN
FV388.9103
ff81.89N/mm2
AfAf20.78424
焊缝强度验算:
f
f
81.89222w281.89106N/mmf160N/mmff
1.22
2
2
所选焊脚尺寸满足要求。 3)
验算高强度螺栓连接(分别按摩擦型和承压型连接考虑)
查表3.5.2 10.9级M20高强螺栓预拉力P=155kN,构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理μ=0.35.
a. 摩擦型连接
单个螺栓受剪承载力设计值:Nvb0.9nfP0.910.3515548.83kN 单个螺栓受拉承载力设计值: 螺栓平均承受剪力=拉力:拉-剪共同作用:b. 承压型连接
b2f310N/mmv查附表1.3高强度螺栓承压型连接:,
Ntbe0.8P0.8155124kN
V(F)388.9
=38.89kN
2510
NvNt
NvNt38.8938.89
连接不满足要求。 b1.111b
NvNt49124
fcb470N/mm2ftb500N/mm2
单个螺栓受剪承载力设计值(受剪面不在螺纹处):
202
Nnvf13.1431097340N=97.34kN
44
b
v
bv
d2
单个螺栓承压承载力设计值:Ntdf2020470188000N=188kN 单个螺栓受拉承载力:NtbAeftb245500122500N122.5kN
e
e
bcbc
拉-
0.511 b
Nv38.89kN