第八章（焊缝、螺栓连接）--钢结构习题参考解答.docx
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8.4有一工字形钢梁，采用I50a（Q235钢），承受荷载如图8-83所示。
F=125kN，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。
焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值，抗剪强度设计值。
验算此焊缝受力时是否安全。
图8-83 习题8.4
解：
依题意知焊缝截面特性：
A=119.25cm2，Wx＝1858.9cm3,Ix=46472cm4,Sx=1084.1cm3,截面高度h=50cm，截面宽度b=158mm，翼缘厚t=20mm，腹板厚tw=12.0mm。
假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S1=20×158×（250－10）=7.584×105mm3。
对接焊缝受力：
；
焊缝应力验算：
最大正应力：
最大剪应力：
折算应力：
故焊缝满足要求。
8.5图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。
钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值。
T=350kN，验算焊缝的受力。
图8-84 习题8.5 图8-84-1焊缝截面计算简图
解：
（注：
焊缝上下翼缘长度114mm有些问题，应取，黄钜枝06年6月19日）
如图8-84-1，截面特性计算如下：
焊缝受力：
；；
应力验算：
危险点为a、b两点，下面分别验算：
对a点：
对b点：
故焊缝强度满足要求。
8.6计算图8-85所示的工字形截面焊接梁在距支座5m拼接处的角焊缝。
钢材为Q345钢，焊条为E50型，，F=200kN。
问：
（1）腹板拼接处是否满足要求？
（2）确定翼缘拼接板焊缝脚尺寸和长度。
图8-85 习题8.6
解：
（1）根据结构力学知识，拼接处受力：
，，其中剪力由腹板承担，弯矩由工字梁的翼缘和腹板惯性矩的比值分配：
图8-85-1 角焊缝计算简图
经过分析，拼接板左右两侧受剪力与弯矩作用，相比较而言，右侧拼接板焊缝受力更不利，故以右侧拼接板焊缝验算。
计算焊缝截面特性：
，
由对称性得：
将剪力、弯矩移至焊缝形心得到焊缝受力：
；
焊缝验算：
分析得A、B两点为危险点，下面分别验算：
对A点：
对B点，同理可得：
故焊缝强度满足要求。
（2）翼缘受轴力：
对于角焊缝，一般要求且，取
由，计算得到：
故取（一侧）便可以满足要求。
8.7验算图8-86中桁架节点焊缝“A”是否满足要求，确定焊缝“B”、“C”的长度。
已知焊缝A的角焊缝hf＝10mm，焊缝B、C的角焊缝hf=6mm。
钢材为Q235钢。
焊条用E43型，手工焊，。
在不利组合下杆件力为N1=150kN，N2=489.41kN，N3=230kN，N4=14.1kN，N5=250kN。
图8-86 习题8.7
解：
焊缝A受力：
；
故焊缝A的强度满足要求。
对于焊缝B：
肢背：
取。
肢尖：
取。
对于焊缝C：
肢背：
取。
肢尖：
取。
8.8验算图8-87所示的角焊缝是否安全。
已知：
钢材为Q345钢，焊条为E50型，手工焊，hf＝10mm，，F=160kN。
图8-87 习题8.8
解：
截面特性计算：
；；
图8-87-1角焊缝计算简图
焊缝受力：
；
经过分析，危险点为A、B点，下面分别对A、B点作应力分析：
对A点：
对B点，同理可计算得：
；
故知焊缝强度满足要求。
8.9图8-88所示为一梁柱连接，M=100kN·m，V=600kN。
钢材为Q235C钢。
剪力V由支托承受，焊条用E43型，角焊缝的强度设计值，端板厚14mm，支托厚20mm。
（1）求角焊缝“A”的hf。
（2）弯矩M由螺栓承受，4.8级螺栓M24，验算螺栓强度。
。
图8-88 习题8.9
8.10确定图8-90所示A级螺栓连接中的力F值。
螺栓M20，N=250kN，钢板采用Q235B，厚度为t=10mm，螺栓材料为45号钢（8.8级），，。
图8-89 习题8.10
8.11图8-90所示的螺栓连接，验算其受力。
已知：
钢材为Q235B钢，螺栓为C级普通螺栓，螺栓M20，F=60kN，螺栓抗拉强度设计值。
图8-90 习题8.11
解：
剪力由承托承受，螺栓群仅受弯矩作用；在弯矩作用下，螺栓群绕低排转动：
一个螺栓承载力为：
由，知螺栓受力满足要求。
8.12图8-91所示的螺栓连接采用45号钢，A级8.8级螺栓，直径d=16mm，，。
钢板是Q235钢，钢板厚度12mm，抗拉强度设计值。
求其连接能承受的Fmax值。
图8-91 习题8.12
解：
一个螺栓的抗剪承载力为：
一个螺栓的承压承载力设计值为：
图8-91-1验算净截面
故有
则螺栓群能承受的最大力为：
考虑净截面Ⅰ-Ⅰ:
考虑净截面Ⅱ－Ⅱ：
则钢板能承受的最大力为：
故有。
8.13习题8.12中，将普通螺栓改用M20（d=20mm）的10.9级高强度螺栓摩擦型连接，求此连接能承受的Fmax值。
注：
钢板表面未处理，仅用钢丝刷清理浮锈，钢板仍为Q235钢。
解：
一个螺栓抗剪承载力：
螺栓群能承受的最大力：
由构件净截面所受力：
计算得到：
由此得到
8.14将习题8.6中的梁拼接改用高强度螺栓承压型连接，改后构造如图8-92所示，高强度螺栓的钢材为10.9级，梁的钢板用Q235B，螺栓M20，梁连接处的接触面采用喷砂处理，螺栓的强度设计值，。
（1）确定翼缘接头处螺栓数目和连接板尺寸；
（2）验算腹板拼接螺栓是否满足要求。
图8-92 习题8.14
解：
（1）拼接处受力，。
剪力完全由腹板承受，弯矩由翼缘与腹板的刚度分配。
由习题8.6求得，。
翼缘受力：
翼缘一个螺栓受剪承载力取以下三个计算式的较小值：
故取。
因此每侧螺栓数为个，取个。
根据P246表8－2要求的最小/大间距要求，布置螺栓如下：
图8-92-1 拼接板螺栓布置图
验算翼缘拼接板截面：
验算翼缘拼接板净截面：
由上面计算可知以上螺栓的布置是满足要求的。
（2）腹板拼接板螺栓（一侧）受力：
，
腹板一个螺栓承载力为：
验算螺栓受力：
由，
则
故可知腹板的螺栓是满足要求的。
图8-92-2 1/4腹板螺栓群
8.15图8-93所示是屋架与柱的连接节点。
钢材为Q235B，焊条用E43型，手工焊。
C级普通螺栓用Q235BF钢。
已知：
，。
（1）验算角焊缝A的强度，确定角焊缝B、C、D的最小长度，焊缝厚度hf=10mm。
（2）验算连接于钢柱的普通螺栓的强度，假定螺栓不受剪力（即连接处竖向力由支托承受）。
螺栓直径为24mm。
图8-93 习题8.15
解：
（1）焊缝A受力：
验算焊缝A受力：
故知焊缝A的强度是满足要求的。
对于焊缝B，受剪力，偏安全地不考虑端焊缝应力折减系数，则总长度为：
，取。
对于焊缝C：
肢尖：
，取
肢背：
，取
对于焊缝D：
肢尖：
，取
肢背：
，取
（2）螺栓群受力：
，
假定以螺栓群中心为转动轴：
上式说明螺栓绕上排转动：
而单个螺栓抗拉承载力为：
由于，故说明螺栓群不满足要求。
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