水工钢结构习题讲解

1、习题 3-1解：由表 3-1 查得 ftw 175 N/mm 2，计算长度 lw 500 mm对接直焊缝的承载力为 Nw lwtw ftw=500 20175=1750 N/mm 2若采用斜焊缝则，由表 2-4 查得 ft 205 N/mm 2对接斜焊缝的承载力为 Nw ltw ft=500 20205=2050 N/mm 2此时斜焊缝的 wNwwt f wtw ft205020 175585.7mm按规范规定采用 1.5:1 可达到等强度要求，不必进行验算习题 3-2解：（1）计算外力对接截面承受剪力 VF180 KN弯矩 M 180 200 36 10 6 N?mm2）计算截面几何特征值A

2、w300 10 10 =2900 mm 2w200 10 103 190 10 9910 212310 300 10 10 290 211 150 21215833 16788400 20324167 1079090047.92 106 mm 4Iw47.92 106WbwWcwyaIwybwyc9947.92 106211 547.92 10699 10 548.4 104mm 323.26 104mm 3457.05 104mm 33）计算内力w查表 3-1 得 ftw185 N/mm 2， fc215 N/mmw2， fv125 N/mm 2，aw36 106Waw48.4 10474.

3、38 N/mm 2 ftw185 N/mm 2bw36 106Wbw23.26 104154.77 N/mm 2fcw 215 N/mm 236 106Wcw57.05 10463.10N/mm 2t 185 N/mm 2ewq180 1062.07 N/mm 2 fvwN/mm 2 fv2900125 N/mm 2cw 2 3 w 263.102 3 62.072 124.66 N/mm 21.1ftw 1.1 185 203.5 N/mm 2由此可见，此对接焊缝是满足强度要求的钢材为习题 3-3解：如图 N400 KN ，其截面由两个等肢角钢 2100 10 组成，节点板厚 12mmN 侧

4、N 400 KN N 背0.7N 侧0.7 400 280 KNN 尖0.3N 侧0.3400 120 KN对于肢背焊缝构造要求 1.5 tmax hf 1.2 tmin 则可得肢背 6mm hf 2 14mm取 hf2 14mm389 .3 mm280 10 3每面肢背焊缝长度l 背 2 0.7 14 160注意构造要求 8 hf l w 60 hf 即 112 l w 840且 lw b16t (t12mm)或 b 190mm(t 12mm)即 l w 100mm 取 l 背 120mm 对于肢尖焊缝构造要求 1.5 tmax hf t1 12 mm则可得 6mm hf1 8mm 取 hf

5、1 8mm120 10 367 每面肢尖焊缝长度 , l 尖 2 0.7 8 160 mm 注意构造要求 8 hf l w 60 hf 即 64l w480且 lw b16t (t12mm)或 b 190mm(t 12mm)即 l w 100mm 取 l 尖 120mm2 ）采用三面围焊缝 hf 8 mmN端2 1.22 0.7hf lwffw21.220.78100 160 218.624 KNN 侧 N-N 端 400 218.624 181.376 KNN 背0.7N 侧0.7181.376 126.96 KNN 尖0.3N 侧0.3181.376 54.41 KN126 .96 10

6、3取 80mm70 .85 每面肢背焊缝长度 l 背 2 0.7 8 160 70 .85 mm 注意构造要求 8hf lw60 hf 即 64 l w 480取 80mm54 .41 10 3 30 .36 每面肢尖焊缝长度 l 尖 2 0.7 8 160 30 .36 mm 注意构造要求 8 hf lw 60 hf 即 64 l w 480习题 3-4解：如图 3-44 所示 查表 3-1 f fw 160 N/mm 2，斜角焊缝可以等效成端焊缝或侧焊缝（取最不利情况）此斜角焊缝只能等效为端焊缝l 端2（100150-10 150-10 ）1520 mmN端1.22 0.7hf lwf f

7、w 1.22 0.7 81520 160 830.77 KN l 侧4 100 400 mmN侧0.7hf lwffw0.7 8 400 160358.40 KNNN 端N 侧830.77 358.40 1189.17 KN查表 2-6 和表 2-4 f 215 N/mm 2N btf 400 16 215 1376 KN显然此时连接焊缝所能承受的静力轴心力设计值为 1189.17 KN习题 3-5解：如图 3-45 所示，受拉力 N 390KN ，60 ，hf 8mm ， Q235 钢材， E43 焊 条，试验算连接焊缝的强度能否满足要求。解：1）计算外力NxN sin N 390 sin6

8、0 337.74 KNNy N cos V 390 cos60 195.00 KN 2）计算截面几何特征焊缝有效截面积为AW 20.78（20010）2128 mm 2w3）计算内力f f 160N/mm 2角焊缝有效边缘的应力w 337 .74 103f 2128 158.71 N/mm 2w 195 10 3f 2128 91.635 N/mm 2所以91 .635 2 159.30 N/mmw2 f f 160 N/mm 2即 连接焊缝的强度能满足要求。习题 3-6解：如图 3-46 所示， Q235 钢材， E43 焊条，角焊缝所能承受的最大静力荷载设计值 F （1）计算外力在偏心斜向

9、力 F 作用下，角焊缝承受剪力 VFsin60 o 轴向力 N Fcos60 o扭矩 T Vex Ney 其中： ex 200 mm ， ey 50 mm2）计算截面几何特征值AW 20.7 10 （100 10 ） 1260 mm w Ix2 bh3120.7 10 100 10 312850500 mm 4IwIy2 Ar 22 0.7 10 100 10 102020.7 10 23606435 42 mm 4wIpIxw Iyw 4456935 mm 43）计算内力wvwyF sin 60 0.06873F12.6wfxfx AwF cos600.03968F12.6TwxTymaxF

10、 0.866 20 0.5 5 5 0.70.2735FwTyIpTxmaxIp445.6935F 0.866 20 0.5 5 5 0.5445.69350.2F0.2735 F 0.06873 F1.223 ）计算 F习题 3-7解：如图 3-47 所示， Q235-F 钢材，受 N 1180KN ，采用 M22 普通螺栓拼接，类螺 孔，试设计此连接。1 ）计算单个螺栓的承载力设计值 查表 3-3Nvbnvd2fvb 223.14 2224190 144377.2NNcb d tfcb 22 18 405 160380N2）计算所需螺栓的数目由于 NvNc ，故按抗剪指标计算螺栓数目N 1

11、180 n Nvb 144.377 8.2取 n 9 且三行三列排列NAn1180 103400 18 3 22 18196.3N/mm2 205N/mm 2此连接是合理的习题 3-8解：如例图 3-7 所示，当螺栓改用M22 时，求 P 的设计值1 ）计算单个螺栓的承载力设计值 查表 3-32Nvbnv d42 fvb 13.14 22 190 72.19 KNNcb dtfcb 22 10 405 89.1KN2）计算所需螺栓的数目NbNb由于 NvNc ，故按抗剪指标进行核算偏心力 P 的分力和对螺栓群转动中心的扭矩分别为Px 4 P 0.8Px5ex 18cmPy35P 0.6Pey

12、7.5 cmT Pxey Pyex 0.8P 7.5 0.6P 18 16.8P xi2yi2 4 52 4 7.52 325 cm 2扭矩作用下螺栓所受最大剪切力的各分力NTxxi2Ty yi216.8P 7.50.3877P325TxNTyxi2yi216.8P 50.25846P325剪力作用下每个螺栓所受平均剪力的各分力Px0.8PNvx Pnx0.48P 0.2P NvyPy 0.6P n4 0.15P螺栓所受最大的合成剪切力NmaxNTx Nvx 2 NTy Nvy 20.3877P 0.2P 2 0.25846P 0.15P 20.7157P Nb min 0.9 72.19 0.9 64.97 故 P 90.778 KN习题 3-9解：如图 3-39 所示，设计普通螺栓连接， Q235 钢材，螺栓总数为 10 个，间距10mm ，N 400KN ， N 通过螺栓群形心。计算单个螺栓的承载力设计值查表 3-32 bd Nv nv423.14 d22190 14.915d2 KNNtbAe ftb23.14 de22210 16.485de2KNNvNy4001024KNNtNx4001036KNNvNtNvbNtb剪力和拉力共同作用下de 所以因为 d2436可暂以上式即为2.7 12de2