噶米第三章连接课后习题参考答案

1、焊接连接参考答案、概念题12从功能上分类，连接有哪几种基本类型？ 焊缝有两种基本类型一对接坡口焊缝和贴角焊缝， 有哪些特点？对接接头连接需使用对接焊缝，角接接头连接需采用角焊缝，这么说对吗？ h f和Iw相同时，吊车梁上的焊缝采用正面角焊缝比采用侧面角焊缝承载力高？ 为何对角焊缝焊脚尺寸有最大和最小取值的限制？对侧面角焊缝的长度有何要求?什么？【答】(1)最小焊脚尺寸：角焊缝的焊脚尺寸不能过小，否则焊接时产生的热量较小,3.3.3.:3.-3.5使施焊时冷却速度过快，导致母材开裂。规范规定:二者在施工、受力、适用范围上各hf 1.5 Jt；，式中:t2较厚焊件厚度，单位为 mm。计算时，焊脚尺

2、寸取整数。自动焊熔深较大，所取最小焊脚尺寸可减小1mm; T形连接的单面角焊缝，应增加 1mm ;当焊件厚度小于或等于 4mm时，则取与焊件厚度相同。(2)最大焊脚尺寸：为了避免焊缝区的主体金属“过热”，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，角焊缝的焊脚尺寸应满足hf 1.2t1mm。式中：t1较薄焊件的厚度，单位为(3)侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀,两端大而中间小，可能首先在焊缝的两端破坏，故规定侧面角焊缝的计算长度Iw144MPa 不满足疲劳强度要求。 Aw9120(2)静力强度验算max N maxAw1600 X1 3-9矿=228MPa -1Dmax

3、+1600/A由于对接焊缝承受变化轴力作用，必须先确定其疲劳容许应力，然后进行强度验算。最大应力为拉应力，连接属5.2类，相应容许应力为II类，cr0=121.7Mpa疲劳验算公式rdrn ( bmax bmi n)兰 口0rd =1 , rn =1 , rt =1 (此三项系数均为假定的一种情况，实际按规范表查) cT =(crmax bmin) = 142Mpa Rb0 = 121.7Mpa.按桥规不满足疲劳强度要求。2. 2验算如图所示三块钢板焊成的工字型截面梁的对接焊缝强度。尺寸如图，截面上作用的轴心拉力设计值 N=250kN ,弯矩设计值 M=40kN.m ,剪力设计值 V=200k

4、N ,钢材为Q345, 手工焊，焊条为E50型，施焊时采用引弧板， 三级质量标准。(ftw=265N/mm 2, fcW=310N/mm 2, w2fv =180N/mm )N，-V、M【解】A = 2X100X12 + 200X8 = 4000mm2lx =护8咒2003 +2x 100x12x(100 + 6)2 = 3.23 107mm4lx53Wx=2.88x105mm3h/2Sw1 =100 X 12106 = 127200mm3Sw =127200 +1008 X50 = 167200mm3 畀 4=聾匹=138.9N/mm2W 2.88X105cN=25=62.5N/mm2A 4

5、000CT max = 138.9 + 62.5 = 201 46 N / mm2 c fj =265N/mm2.VSw 200% 103 67200 j 2 w2Tma=7=129.4N/mm fv =180N/mm3.23108I t -xwWMLN=138.9 唱+62.5 = 186.5N/mm2VSw1T1 =I xt w= 20叵严=98.5N/mm23.23X107 x822+32 =j186.52 +3x98.52 =183.7N/mm2v1.1ftw=291.5N/mm22. 3图中132a牛腿用对接焊缝与柱连接。钢材为Q235，焊条用E43型，手工焊，用II级焊缝的检验质量

6、标准。已知：132a的截面面积 A=67.05cm2;抵抗矩 Wx=692.2cm2；腹板截面面积 Aw=25.4cm2。lx :Sx=27.5 , tw=9.5mm。试按照钢规和桥规（焊缝为一级）分别求 F的最大值。132a一 95【解】对接焊缝所承受的内力为:42N = F X cos45 F ； N = F X sin 45 = 2M =V -20 =10U2Fw1、钢规 ft = 215MPa ；wfv =125 MPa对接焊缝A点处弯曲应力最大,AW Wft得,72/2 F67.0510J2 F692.2兰 21.5 ；F=694KN中和轴处剪应力最大,Iwtw 兰fv27.5% 0

7、.95 12.5F=461.8KN根据翼缘和腹板相交处折算应力应满足:2w+ 81 兰 1.1ft 得Q- =1N + b如IfAw320 67.05692.2= 0.02906F ,320Sw =130X5沢（160-7.5） = 297.4cm311076 沢 0.95:.J(0.02906F )2 +3(0.02F)2 1.1咒21.5得F=527KN 按钢规 F的最大值为 461.8KN。【按照桥规做为选作题】1、桥规 low=145MPa= 85 MPa对接焊缝A点处弯曲应力最大,bwWAwWw得,72/2F 亠102F67.05692.214.5 ； F=468KN中和轴处剪应力最

8、大，TwIwt72/2F= 0.02906F，692.2 32012 X 500=6000mm2。2）焊脚尺寸对手工焊，焊脚 hf 1.5jtm7 =1.512 = 5.2mm,hf - 1-2tminV max= 1.2x8 =96mm ,取 6mm。3）侧焊缝计算 连接需要传递的内力N = A f = 6000 咒 300=i800000n端焊缝可传递内力Ni侧焊缝需传递内力N2N2= 2x1.22hJwifW=2.44 X 0.7 X 6X 450 X 160=738Kn=N Ni=512KN则：M 订0.7hfffWlwmax =8hf =86 = 48mm符合规范规定=512/(4

9、X 4.2 X 160)=190.5 mm60 hf =360mm实际侧焊缝长度lwi2. 5图（尺寸单位： Q235，焊条E43型。 试确定最大承载力 P。LnVhfJ 共四条焊卷-lw1e + 5=195.5mm，取为 200mm。mm）所示钢板牛腿用四条贴角焊缝连接在钢柱上（无引弧板）。钢材为焊角尺寸hf=10mm，角焊缝强度设计值为ffW=160MPa【解】 AW =4 X 0.7x10 X 200=5600mm2；Ww=4 X 0.7x10 X 2002/6=186666.7mm3；V =P, M = P e=100P ； tV =V/Aw = P/5600CTf： = M /WW=

10、100 P/186666.7= P /1866.7M bfxW龙）2g）2= P/1866.7212丄）+（5600）=4710 沖 ffW =160Mpa所以 P 105X 160/47.4=337.55kN2. 6 一雨棚拉杆受力如图所示，通过钢板和预埋件用角焊缝连接，需要进行角焊缝连接的验算，已知焊缝承受的静态斜向力为N = 200kN（设计值），角度a =45，角焊缝的焊脚尺寸hf=10mm,焊缝计算长度lw=300mm,钢材为Q235-B,手工焊，焊条为 E43型。连接角焊缝是否满足设计要求?VI Ic - F . K习题3.6图【解】内力分解NNsinN sin45J200卫十/k

11、N242V1 =N sina = N sin45=200天=141.4kN 2M=Ns0.2=Nsin4572 =200y2 = 28.3kN.m228.3X1062冥 1/6天0.7冥 10咒3002 -135N/mmTV141.4X103= 34N / mm2Aw 2 咒0.7x10咒 300cN141.4勺03Aw2咒0.7咒10咒300 _34N/mmJ(34 +135)2 +342 =143N/mm2V 1.222. 7试设计双角钢与节点板的角焊缝连接。钢材为 Q235 - B,焊条为E43型，手工焊，作 用着轴心力N=1000kN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。-

12、t=12【解】角焊缝强度设计值w2焊脚尺寸确定：最小hf :hf - jSjtmax = 5#12 = 5.2mm角钢肢尖处最大hf :hf兰 tmin (1 2) = 10 - (1 2) = 9 8mm角钢肢背处最大hf :hf8 = 200mm2x 0.7x8x160(同理：若取hf =6mm，则三面围焊时焊缝尺寸取肢背6-430，肢尖6-180 ；两面侧焊时焊缝尺寸取肢背 6-510，肢尖6-260)钢材为Q235 B，焊条为E43型，手O 典2. 8试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝, 工焊。【解】 假定施焊时采用引弧板，则焊缝有效截面尺寸如图所示。 焊缝的设计焊脚尺寸确定：2001

13、50最小 hf : hf 1.57t =1.5712 = 5.2mm最大 hf : hf d03x12018023011.3x(200 + 12 + 5.6-143.7) =48.2N/mm2Pf ffw =1.22x160 =195.2N/mm2焊缝下端由于M引起的最大正应力和由于V引起的最大剪应力为2 =My2Iw398x103 x1202_ X 147.3 = 93.8N / mm2 18023011.3T maxVSIwtPfffw= 1.22x160 =195.2N/mm298x 103 咒 5.6咒(150x 71.1 +138% 53.5 + 2咒 50.72 / 2)18023

14、011.3x2x5.6= 56.0N / mm2 c ffW= 160N/mm2牛腿翼缘与腹板交接处焊缝有弯矩（假定剪力全部由腹板焊缝承担并按近似计算）M引起的正应力和剪力V弓I起的剪应力的共同作用My 910120Iw18023011.3 56.36.7N/mm29803Aw= 43.75N/mm2 2x200x5.6合力为36 7 222 ) +43.75 =53.1N/mmf(1.22w2 ffw =160N /mm2焊缝的设计根据构造要求，取hf= 8mm，则焊缝为端焊缝，受轴心力N与弯矩M作用。焊缝截面惯性矩为:焊缝端部受正应力最大:=F =98kN M = Fe毛820=19mm=

15、 11x5.200747cm40.7hlw丄My98勺03+=Iw0.7咒8咒2咒200十1960勺03天1004747咒10= 70N/mm2 Pf=1.22X160 = 195.2N/mm2满足要求。2. 9图所示牛腿，材料为 Q235，焊条E43型，手工焊，三面围焊，焊脚尺寸hf =10mm,承受静力荷载P = 100KN。试验算焊缝强度.1 T A-X【解】 假定施焊时采用引弧板，则焊缝有效截面尺寸如图所示。 计算焊缝有效截面的形心位置：“507is.500 X 0.7 咒8 + 2 咒 0.7 X 8 咒(205 + 0.78)=49.7mm焊缝有效截面的惯性矩：132Iwx =存0

16、.7咒8咒5003 +2咒0.7咒8咒(205 + 5.6)(250 + 2.8)2=20907.40337 cm4Iwy =0.7咒8天 500天(49.7-2.8)2 +2咒右咒 0.7咒 8咒(205 + 5.6)3+ 2X 0.7 X 8X (205 +- 49.7)2 = 2216.84606cm4所以截面的极惯性矩:J = Iwx + lwy = 23124.24943cm4e2 =205 +5.6 49.7 = 160.9mm所以焊缝所受的扭矩为和剪力为T+e2)=(300 +160.9)F =460.9F(kN rnm)V =F(kN)扭矩T在截面上A点产生的应力为TrxJ3=

17、423124.24943 x104剪力V在截面上AVATTa-J460.9 X103 F X 250423124.24943x10= 0.50F(N /mm2)点产生的应力为VheHlwFX1035.6x(205 + 205 + 500)= 0.19F(N/mm2)460.10160.0.32F(N/mm2)所以A点的合力应满足:I CT A 十 CT A 2 T 2 0.19F +0.32F 22 w1.22屮 Apf A)2+(tA)2 =屮_)2 +(0.50F)2 f； =160即该连接所能承受的最大荷载为=F 15d0)P =0.7 (I1 A60d0)3. 普通螺栓群受偏心力作用时

18、的受拉螺栓计算应怎样区分大、小偏心情况?【答】先假定转动中心位于螺栓群的形心，算出在轴力和弯矩作用下的低排和顶排螺栓的受Nm. 0，说明下部螺力，如果Nmin，说明，所有螺栓受拉，属于小偏心情况；如果 栓受压，所以前面假定错误，属大偏心情况，按照构件的转动中心在低排螺栓连线重新计算。4. 为什么要控制高强度螺栓的预拉力，其设计值是怎样确定的?【答】高强螺栓的应用，不论是受剪力连接、 受拉力连接还是拉剪连接中， 其受力性能主要 是基于螺栓对板件产生的压力，即紧固的预拉力，即使是承压型的连接，也是部分利 用这一性能，因此，控制预拉力是保证高强螺栓连接质量的一个关键性因素。高强螺栓预拉力设计值是这样

19、确定的：基于钢材的屈服强度，考虑材料的不均匀性, 为防止预拉力的松弛而需要的超张拉以及拧紧螺栓扭矩产生的剪力等因素进行综合确定， 05x09即：P =了/厂0心5心&。5.螺栓群在扭矩作用下，在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假定条件下求 得的？【答】螺栓群在扭矩作用下，其内力计算基于下列假定:被连接板件为绝对刚性体;螺栓是弹性体；各螺栓绕螺栓群的形心旋转, 剪，各螺栓所受的剪力大小与r成正比。使螺栓沿垂直于旋转半径 r的方向受8.螺栓的性能等级是如何表示的?【答】螺栓的性能等级“ m.n级”，小数点前的数字表示螺栓成品的抗拉强度不小于 mx lOON/mm，小数点及小数点后的数字表

20、示螺栓材料的屈强比一屈服点（高强螺栓取条件 屈服点）与抗拉强度的比值。3- 1.试设计图的粗制螺栓连接。F =100kN （设计值），e, =30cm4 if! *!4 i甘 -f! 4!t 二 1011【解】：（1）螺栓计算：先布置好螺栓（如图所示），再进行验算。选用M20普通螺栓，一个抗剪螺栓的承载力设计值为：抗剪承载力设计值Nb兀d2=nvfj 二仔314%20 冥 140 =44kN4承压承载力设计值Ncb= dMtfcb =2010X305 =61kNNmin =附=44kN4螺栓受力计算：螺栓受剪力V和扭矩T共同作用:V =100KNT =100x(300 +102.5) =40.

21、25kN rn最外螺栓受力最大，为NiTx-TyJdXj2 +工y；) =40.25 X 200x103/10x42.52 +4x(1002 +2002)3=40.25 X 200 X103 / 218062.5 = 36.9kNnT, -TxUx2 +乌2) =40.25x42.5x103/218062.5=7.8kNNiy =V/ n= 100/10 =10kN故有:Ni= J(NiTx)2+(Ni： +晾)2=J36.92+(7.8+10)2 =41.0kN c Nbbin =44kN满足要求。(2)钢板净截面强度验算 钢板截面1-1面积最小，而受力较大,应校核这一截面强度。其几何参数为

22、:An =t(b- nid。)=10x(500-5x21.5) = 3925mm2In =10x5003/12 -10x21.5x(1002 +2002)x2 =8266.7cm4Wn = In / 25 = 330.7cm3tb b23S =巴咒巴=lx252/8 = 78.1cm324钢板截面最外边缘正应力32CT =T/Wn =40.25x103/330.7 = 121.7 N/mm22 f =215N /mm2钢板截面靠近形心处的剪应力T=VS=dd=7.5N/mm2goO0Q、一支托曲N=350fcN （设计值）【解】：角钢与连接板的螺栓连接设计螺栓采用M22，个抗剪螺栓的承载力设计

23、值为: 抗剪承载力设计值M bNv=nv曲 fvbG340 =106.4kN44承压承载力设计值N： =dl：tfcb =22X14X305 =93.9kN疋山=疋=93.9kN所以连接所需螺栓数为n = N/in =350/93.9 =3.7取4个，连接构造如图所示。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接设计 假定剪力V由支托承受，螺栓只受轴力 N作用N = F cos。= 247.5kN螺栓采用M22，取n =8,按如图所示布置，验算螺栓承载力。 一个螺栓的受拉承载力为Ntb= Aeftb =303.4 X 170 =51.6kN假定螺栓受力为小偏心Nt=一 =30.9kN c Ntb，满足要求

24、。8假定支托只在安装时起作用,n则螺栓同时承受拉力和剪力作用V = Fsi nd =247.5kN一个螺栓的承载力设计值为2 2N：=入竺 fj 站处22 x140 = 53.2kN44N： =dMtfcb =22x20x305 =134.2kNNtb =Aeftb =303.4x170 =51.6kN螺栓布置同上，螺栓实际受力Nt =30.9kNNV =7 / n = 247.5/8 =30.9KN ,所以有Nv c Ncb满足要求。并分别考虑3-3.按摩擦型连接高强度螺栓设计题2中所要求的连接,di =d2 =170mm， d150mm,d2 =190mm。【解】采用8.8级摩擦型高强度螺

25、栓 M20,连接处构件接触面用喷砂处理。所以有卩=0.45 P= 125kN角钢与连接板的螺栓连接设计一个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值N： = 0.9nf 卩P = 0.9X 2 0.45咒 125 = 101.3kN所以连接所需螺栓数为n =N/Nv =350/101.3 =3.45取4个，连接构造如图所示。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接设计 dd2 =170mm取n =8,螺栓布置同3.7题，验算螺栓承载力。 一个高强度螺栓的抗拉承载力为N： =0.8 P =0.8M25=100kN螺栓受剪力和轴心拉力作用:Nt = N /n =247.5/8 = 30.9kN 1.0，误差在5%以

26、内，连接满足设计要求50.6251002L100 X 20 （由大角钢截得） 及M22摩擦型连接高强度螺栓 （10.9级）和柱相 Q235-B，接触面作喷砂处理，要求确定连接角钢两个肢上的螺栓数目；（摩擦3-4.牛腿用 连，构件钢材 型及）承压型设计两肢上的螺栓数目。_ 200 -习题3-4图【解】用摩擦型高强度螺栓抗剪螺栓设计：取 n =5,螺栓布置如图所示。卩=0.45 P= 190kN一个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值N： =0.9rif PP =0.9x2x0.45x190 =153.9kN螺栓受力：螺栓受剪力和扭矩共同作用:V =370kNT =370x(200-55) =5365

27、0KNmmT2222N1X =Ty1/(I：Xi +I：yi ) =53650160/2 (80 +160 ) =134.1kNN； = V/ n = 370/5 =74kN所以有N1v=/叫)2+(叫：)2 = J134.12+742 =153.2kN c N： =153.9kN满足要求抗剪拉螺栓设计： 螺栓受剪力和弯矩共同作用：M =370x200 = 74000kN .mmV =370kN取n =10,螺栓布置如图所示。一个高强度螺栓的抗拉承载力为:=0.8 P =0.8x190=152kN一个高强度螺栓的抗剪承载力为:N： =0.9 nfPP= 0.9x0.45x190 = 76.95

28、kN螺栓受力：Nt1=卫与mUyi74000x160_2x2c(802 +1602) _92.5kN NtN按新规范：-bNb3792 5Ti，.089 不满足，应重新布置设计。增加一排螺栓,Nti =尘二74000；160 2 =92.5kNNtbmEy： 2咒 2x(802 +1602)t用承压型高强度螺栓抗剪螺栓设计：布置同摩擦型高强螺栓。一个承压型高强度螺栓抗剪承载力设计值:NVb2 b 3 14X 222訴fvb =2x 咒 310 =235.6kN44Ncb= dl：tfcb =22 咒 20x470 =206.8kN唸=206.8kN所以有 N1v =153.2kN cN：抗剪拉

29、螺栓设计：布置同摩擦型高强螺栓。一个承压型高强度螺栓承载力设计值:F 二仆3咒310=117.8kN44M bNc= dl：tfcb =22 咒 20X470 =206.8kNNtb2ftb =3.03 x102 X 500 =152kN4螺栓承受的剪力:Nv =V / n =370/10 =37kN所以有J挣+（怜）2彳（需）2+（辔込1满足要求。Nv 池/1.2 =206.8/1.2 =172.3kN3-5.两块截面为14mmx400的钢板，采用双拼接板进行拼接， 拼接板厚8mm，钢材Q235B。 作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N=750kN，设计采用摩擦型高强螺栓，已知：高强度螺栓为

30、8.8级，直径为M20,孔径22mm,接触面采用喷砂处理。设计该连接。5Q1O0L10 丄 00-5(50100 100 譽NCH【解】已知：高强度螺栓为8.8级，直径为 M20,孔径22mm,接触面采用喷砂处理，抗滑移系数 4 =0.45 , P =125kN,单栓抗剪承载力设计值:Nb =0.9nf PP =0.9咒2咒 0.45xi25=101.3kN所需螺栓数N 7507 4取9个n = = 7.4,取 9个Nb 101.3按构造要求排列，并进行净截面验算NJ N(1 0.5皿)=750x(1 -0.5x3) =625kN n9净截面验算:625x1000CT = N/An =14x(

31、400-3x22)2 2= 137N /mm f =215N/mm3-6 一雨棚拉杆受力如图所示，构件钢材Q235-B,采用两列摩擦型高强螺栓连接，已知拉杆承受的静态斜向力为N = 250kN（设计值），角度如图所示，高强度螺栓为8.8级，直径为M20,孔径22mm,接触面采用喷砂处理，问：连接采用的高强螺栓群是否满足设计要求?N3、4X5【解】抗滑移系数卩=0.45 , P = 125kN已知单个螺栓的抗剪承载力设计值为N： =0.9nf AP = 0.9X1X 0.45x125 = 50.6kN单个螺栓的抗拉承载力设计值为N： =0.8P = 0.8x125 =100kN N N cosa

32、 =25- =200kN53V =Nsi na =N si n a * = 250 x = 150kN5NvNv150/6-50.6+竺佟=0.83 11007.某多层框架结构中，图示为次梁与主梁的简支连接一一用连接板与主梁加劲肋双面相连， 连接板厚 8mm。次梁H500 X 200X 9X 14支承在主梁 H596 X 199X 10X 15的中心线上，梁 端剪力设计值 V=160KN，钢材为Q235，采用8.8级承压型高强度螺栓连接，螺栓M20，孔径d0=21.5mm。试验算此连接是否满足承载力要求。（注：应考虑由于连接偏心所产生的附加弯矩），已知fj =250MPa, fcb =470MPa。7.某多层框架结构中,连接板厚8mm。次梁图示为次梁与主梁的简支连接用连接板与主梁加劲肋双面相连,H500 X 200X 9X 14支承在主梁 H596 X 199X 10X 15的中心线上，梁端剪力设计值 V=160KN，钢材为Q235,采用8.8级承压型高强度螺栓连接，螺栓径d0