第三章_钢结构的连接

第三章：钢结构的连接

练习与作业(附答案)：

例题3.1 试计算图3. □. 1 (a)所示牛腿与柱连接的对接焊缝所能承受的最大荷

载F (设计值)。钢材为Q235,焊条为E43型，手工焊，施焊时不用引弧板，焊缝质量为三

图3. 口 . 1牛腿与柱用对接焊缝连接

解：

1. 确定对接焊缝计算截面的几何特性

⑴确定中和轴的位置

160 10 10 5 240 5 10 127.5

y1 -------------------------------------------------------- 79.8 mm

160 10 10 240 5 10

y2250 79.8 170.2 mm

(2)焊缝计算截面的几何特征

1 3 2-

2 4

I x1 24 0.5 24 0.5 1 4.77216 1 1 7.4822445 cm

腹板焊缝计算截面的面积：

- ._ , 2

A w 24 0.5 1 23.5cm

2. 确定焊缝所能承受的最大荷载设计值F。

将力F向焊缝截面形心简化得：

M Fe 160F (KN? mm

V F (KN

215 N/mm, f t w 185 N/mnn^, f v w 125 N/mm 2

解得：F 355.7 KN

点b 的压应力 M ,且要求

解得：F 193.7 KN

由V F 产生的剪应力

解得：F 290.7 KN

...................................................................... t

解得：F 152.2 KN

例题3.2 如图3. 3所示两块钢板的对接连接焊缝，已知偏心拉力 F =420KN,

钢材为Q235,焊缝E43型，手工焊，施焊时采用引弧板，试问此对接焊缝需采用哪种质量

查表得：f c

点a 的拉应力

M w a ，且要求 a V f t

My i I x

160 F 10

0.52 F f t w 185 N/mr2i

My 2 I x

160F 103 170.2 2455 104

1.11F f c w 215 N/mm 2

F 103 23.5 102

0.43F

席 125 N/mm 2

... 1.11F

3 0.43F

1.1 f t w

故此焊缝所能承受的最大荷载设计值

F 为 152.2KN 。

图3. n . 3对接焊缝受偏心力作用解：

分析：由已知条件，此对接焊缝承受偏心拉力 F 产生的弯矩 M 和轴心拉力N 的共同作用，在M 作用下，a 点产生最大的拉应力 M

, b 点产生最大的压应力

;在N 作用下，焊缝

均匀受拉，各点拉应力均为

。由此可见，a 点为最危险点，因此，只需计算

a 点的合应

力，就能确定需要哪个等级质量的焊缝。

1. 将偏心力F 向焊缝形心简化，得：

M Fe 420 150 63000KN ? mm N F

420KN

2. 计算在M N 作用下a 点的应力

6M ti W N

a 点的合应力 M N 175 N/mm 2

3 .查表知，焊缝质量为一、二级时，f t w 215 N/mm 2,焊缝质量为三级时的 f t w 185 N/mm,由此可见，此对接焊缝只需焊缝质量为三级时就能满足强度要求。

当F =480KN 时，与上述相同的方法计算得： M

120 N/mr2i,

80 N/mn2i,故a

点的合应力

M N

200 N/mm 2。很显然焊缝质量为三级时，

则不能满足强度要求，

只能经过一、二级焊缝质量才能满足强度要求。

例题3.3 如图3.

4所示角钢，两边用直角角焊缝（绕角焊）和柱翼缘相连接，钢

材为Q235，焊条E43型，手工焊，承受静力荷载F =150KN,试确定所需的最小焊角尺寸

h f 。

图 3. n . 4 解：

其计算步骤如下：

(1) 确定焊缝有效截面的几何特征值 A 、W;

6 63

106

105 N/mm 2

10 600

420 103 八

2 ----------- 70 N/mm 10 600

(2) 计算危险点a (或点b)在M和V作用下的应力M和V ；

(3) 确定焊脚尺寸h f O

首先由公式(3.18)求得此焊缝连接所需的焊脚尺寸h f，再根据构造要求，决定其最小的

焊脚尺寸。

例题3.4 如图3. II . 5所示，双角钢和节点板用直角角焊缝连接，钢材为16Mn钢, 焊条E50型，手工焊、采用侧焊缝连接，肢背、肢尖的焊缝长度l均为300mm焊脚尺寸h f

为8mm试问在轴心力N = 1200KN作用下，此连接焊缝是否能满足强度要求？若不能则应采用什么措施，且如何验算？

图3. n . 5双角钢和节点板的焊缝连接

解：查角钢角焊缝的内力分配系数表得，

k i =0.65 , k 2=0.35 ;查焊缝强度表得

合构造要求。

肢背焊缝所能承担的力 N1 :

> f f 200 N/mm

故此连接不能满足强度要求。应采取以下措施:

1. 增加肢背焊缝的长度

强度要求，且可以适当减小其焊缝长度。

2. 增加肢背焊缝的焊脚尺寸

而实际所需的焊脚尺寸为

因此，将肢背焊缝的焊脚尺寸增加到

10mmt 能使此连接满足强度要求。

3. 改用三面围焊

w f f

200 N/mm 条肢背焊缝的计算长度1w1

300-10

290mm 要求 8h f 和 40mm￡ l wi V 60h f,显然符

则其焊缝强度为:

N i k 1N 0.65 1200 780 KN

N i

780 103 2 0.7 h f 1w1

2 0.7 8 290

240.1 N/mm

2 0.7 h f f f w

780 103 2 0.7 8 200

348.2 mm

因此，肢背焊缝的长度必须加长到

11 1w1 10 348.2 10 358.2 mm 359mm 才能使

其满足强度要求。采用这种方法，就会增加节点板的尺寸。而此时肢尖焊缝的应力

——四竺

2 0.7 8 290 129.

3 N/mm v f ： 200 N/mm,满足

根据构造要求，肢背焊缝最大的焊脚尺寸

f max

1.2t 1.2 10 12mm

h f

”,

2 0.7 1w1 f f w

780 103

2 0.7 290 200

首先计算正面角焊缝所能承担的力

N 3 :

N 3 2 0.7 h f l w3 1.22 f f w

2 0.7 8 140 1.22 200 10

3 382.6 KN

求肢背焊缝所能承担的力 N1 :

N 1 k 1N - N 3 0.65 1200 0.5 382.6 588.7 KN

w ______ 2

v f f 200 N/mm

满足强度要求。

例题3.5 如图3. n.6所示为板与柱翼缘用直角角焊缝连接，

钢材为Q235，焊条E43

型，手工焊，焊脚尺寸 h f =10mm f f W =160N/mrn,受静力荷载作用，试求：

1. 只承受F 作用时，最大的轴向力 F=?

只承受P 作用时，最大的斜向力 P=?

3. 若受F 和P 的共同作用，已知 F=250KN,P=150KN 此焊缝是否安全？解：

分析：根据已知条件，可将斜向力 P 向焊缝形心简化得 M M V,将F 向焊缝形心简化

只得No M N 使焊缝有效截面产生应力

b f b N f,

而剪力V 则产生应力T v f ,最后可按角焊

缝的基本计算公式计算此连接能承受的最大力

F 或P,并可进行焊缝强度验算。

一条焊缝的计算长度l w =300- 10=290mm 符合构造要求。 1. 在力F 作用下，焊缝属于正面角焊缝，由公式得：

F max =0.7h f ?习 l w ? 6 - f f w =0.7 X 10X 2X 290X 1.22 X 160X 10 -3=792.5KN

2. 将斜向力P 向焊缝形心简化得： M =0.8P

- e=80P(KN - mm) V =0.8P(KN) N =0.6P(KN)

计算在各力作用下产生的应力：

=0.408P(N/mm 2)

N 1

2 0.7 h f

588.7 103 2 0.7 8 295

178.2 N/mm |2

b 笔=6M/(2 X 0.7 x h f x l w 2)

图 3. n .6

=6 x 80 x PX

10/(2 X 0.7 X 10X 290)

2、

=N/(2 X 0.7h f l w )=0.6P X 103/(2 X 0.7 X 10X 290)=0.148P(N/mm 2) T v f =V/(2 X 0.7h f l w )=0.8P X

103/ (2X 0.7 X 10X 290) =0.197P(N/mm 2)

将 b%、b N

f 、［

:v f

的值代入公式：

M N 2

t f

1.22

得 P maQ

322.3KN

3. 将力F 、P 向焊缝形心简化得:

N =F + 0.6P=250 + 0.6 X 150=340 KN

-e=0.8 x 150 x 100=12 x 103KN ? mm

b M f

=6X 12X 103X 103/ ( 2X 0.7 X 10X 290 2

) =61.2N/mm 2

(/f=340X 103/ (2X 0.7 X 10X 290) =83.7N/mm 2

T v f =120x 103/ (2X 0.7 X 10X 290) =29.6N/mm 2

122.4N/mn 2< f f W =160N/mn i

1.22

更加合理。

例题3.6 如图3.

7所示牛腿板，钢材为 Q235,焊条E43型，手工焊，焊脚尺

寸h f = 8mm,确定焊缝连接的最大承载力，并验算牛腿板的强度。

V =0.8P=0.8

X 150=120 KN

M =0.8P

满足强度要求。此强度还比较富裕,

可以考虑适当减少焊脚尺寸或焊缝长度, 以使更加经济、

解:

:二

1.确定角焊缝连接所能承受的最大承载力

(1)计算角焊缝有效截面的形心位置和焊缝截面的惯性矩。

由于焊缝是连续围焊，实际长度比板边长度长，所以焊缝的计算长度可取板边长度，每

端不减5mm 焊缝的形心位置:

围焊缝的惯性矩:

(4)求最大承载力F max

2 0.62F 0.26F

-------------------- 0.64F

解得 Fv 165.9KN 故

F ma=65.9KN

2.验算牛腿板的强度

2 0.7 0.8 20 10 0.7 0.8

2 20 30

5.71 cm

I x 0.7 0.8

302 2 20 152

_______ 4

6300 cm

I y 0.7 0.8

30 5.712

—203 2 12

20 10

5.71 2 1707 cm 4

I x

6300 1707

_______ 4

8007 cm

(2)将力F 向焊缝形心简化得:

T 200

200 57.1 F 342.9F (KN - mm)

V F (KN)

(3)计算角焊缝有效截面上

a 点各应力的分量：

Tr y

I T 34

2.9F 103 150 0.64F (N/mm 2) 8007 104

T fa

I 0

342.9F 103 200 57.1

8007 104 2、

0.62F (N/mm)

V fa

F 103

A f 2 200 300 0.7 8

2、

0.26F (N/mm)

根据角焊缝基本计算公式,

a 点的合应力应小于或等于

f f w ，即: W

f f = 160 N/mm

1.22

解得解得钢板I - I截面受力最大，承受弯矩M=200 F(KN - mm利剪力V = F(KN)的作用。

M 6M

— 3

6 200F 10

12 3002

F = 193.5KN

1.5v

-------- <

— 3

1.5 F 10

12 3002

F = 300KN

f v

故此钢板能承受的最大荷载设计值

215 N/mm

125 N/mm

F =193.5KN，而焊缝则能承受F =165.9KN,显然钢

材强度有富余，为了经济的目的可减少钢板的厚度t,也可加大焊缝的焊脚尺寸h f。其计算

方法如

下:

⑴减少钢板的厚度t

2 w f得th26 200 165.9 103

10.3 mm

- 一2

215 300

取t=11mm

⑵加大焊缝的焊脚尺寸h f (单位为mm

I x 4、

787.5h f(cm ) 4、

I y 213.3h f(cm )

4、

10 I x I y 1000.8h f(cm )

T fa 342.9 193.5 103150 994.

T fa V fa

1000.8h f 104

342.9 193.5 103200

1000.8h f104

193.5 103

2 200 300 0.7h f

947.4 394.9 . “ ——

/1.22 h f

h f

57.1

394.

h f

994.5

h f

N/mm

947.4 2

-------- N/mm

h f

N/mm

f 7 160 N/mm

解得 h f =9.3mm

由构造要求知 h fmax t 2 12 2 10 mm 故取h f =10mm

例题3 .7 ,图3. II . 7所示，将上题的焊接连接改用螺栓连接，钢材为Q235, F =100KN

采用M20普通螺栓（C 级），孔径d 0=21.5mm,试验算此连接的强度。

图 3. 口 . 7 解：

分析：根据已知条件，牛腿板与柱翼缘的螺栓连接承受由偏心力

F 产生的剪力和扭矩的

作用。在剪力V 作用下，由每个螺栓平均承担，在扭矩T 作用下，四个角螺栓（1、2、3、4）所受的剪力 N T 最大，且沿垂直于旋转半径 r 的方向受剪，为了简化计算，可将其分解为 x

轴和y 轴方向的俩各分量 N ：和N J , 1、2号螺栓的竖向分力与 V 产生的剪力同向，故 1、 2号螺栓为最危险螺栓，验算

1号或2号螺栓的强度即可。

将偏心力F 向螺栓群形心简化得：

T 300F 300 100 3 104 KN ? mm

V F 100 KN

一个螺栓的抗剪承载力设计值为:

t 2=14

1’ 5’

查表得 f V b

130 N/mm 2, f c b

305 N/mm

N V

n v

f b . f V

注：11

200mm: 15d 0 =323mm,故取

在T 和V 作用下,1号螺栓所受剪力最大，

N1： V/n 100/6 16.67 KN

T V

N 1 V N 1X N 1y N 1y

V 54.54

27.27 16.67

70.04 KN >

N X\n 40.84 KN

故此连接强度不能满足要求。应增加螺栓数目或增加栓杆直径，随着螺栓数目的增加，则必

须加大牛腿板的尺寸。若螺栓数目增加为

10个，如图3. n .10所示。

11 320mmc 15d 。=323mm 取 =1.0 °

K1b

d 2 r

N V

n v

f v

40.84 KN

4 No d t f c b 73.2 KN

因为 y 1 160mrm> 3x 1 150 mm 所以忽略 N ；y 。

N 1T N ； T y 「

y \2

30000 160 (4 1602 4 802) 37.5 KN

N1： V n 10010 10 KN r ----------

…V 2

2 2 b

一个螺栓的承压承载力设计值为:

1 20

202

义 130 10 3

40.84

t f c b

12 305

10 3 73.2 KN

=1.0。

N ；

T y 1 ~2 2

X i V\

30000 100 T2

2 6 502 4 1002

54.54 KN

X V\

38000 50

2 6 502 4 100

27.27 KN

N1 V N1X N1y V37.5 10 38.81 KNv N min 40.84 KN 连接强度满足要求。

例题3.8 如图3. □. 7所示的螺栓连接，若改用10.9级摩擦型高强度螺栓，钢材Q235,接触面采用喷砂处理， F =100KN,试问此连接螺栓需要的最小公称直径 d ?

解：

分析：摩擦型高强度螺栓抗剪连接的计算方法与普通螺栓的计算方法相同，唯一不同的就是承载力设计值的计算。根据连接应符合的强度条件( N1 < N V ),求得高强度螺栓的最小预拉力P ,最后，由螺栓强度等级和最小预拉力P ,查相关表，即可确定螺栓所需的最小公称直径d。

上题已经求得受力最大螺栓所受的剪力N 1 70.04 KN

一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：

N, 0.9n v P 0.9 1 0.45 P

要求N1 < N V?

即N1 70.04 < 0.9 1 0.45 P

解得P > 173KN

查相关表得螺栓所需的最小公称直径为M22=

一、立刻要回报，穷人心态

(1)每碰到一个机会他们总是看到机会中的困难，总说不！

(2)总想一夜暴富，容易得到的东西决不是有价值的，有价值的东西决不会让你轻而易举得到，奥运会冠军是一夜成名的吗？他们只不过是在比赛中得到了人们对他们训练成绩的肯定而已罢了！《富爸爸商学院》中说，在美国凡中彩票超一百万的，五年后他们的生活还不如以前。

二、不自律

1、不愿改变自己的旧有的思考方式

人与人之间最根本的区别就是思考方式的差别，我们要想成为成功人士，就必须先改变我们的思考方式，然后改变我们的行为方式，做一件事你光看到困难，你连想都没想能成功，你会成那不成了奇迹？旧有的思考方式：立刻要回报、穷人心态、遇到困难就放弃，持之以恒的力量是无坚不摧的！旧有的行为方式：看电视、喝酒、无聊的应酬、打牌、下棋……

2、喜欢在背后议论别人

这种人被我们称为闲人，对这样的话我们不听不说不传，即便议论的话是对的对你也没一点好处!

3、经常抱怨、行为消极

人不可能是完美的，或多或少的存在缺点，只要不是原则问题，我们要看他们好的一面，更重要的是你不能老是看到别人的缺点，即便你的抱怨是对的，你也不要抱怨，因为成功者绝不抱怨，抱怨者永不成功！

4、拒绝学习、拒绝改变

二十一世纪这个世界最显著的三个特怔是：速度、多变、危机，我们的对策是：学习、改变、创业，你学的越快，你改变的速度越快，你成功的也就越快。当今企业的竞争其实就是人才的竞争，人才的竞争就是学习力的竞争。现在是与狼共舞的时代，你要想成功，你首先得成为一条狼！现在的富翁，再过五一十年有80%将走向破产，你要想成功，你必须学习学习改变

成功。

三、经常被情绪所左右

世界上多少的悲剧、多少的恐惧都是人与人之间不能容忍发生的，有些人遇到一点事就火冒三丈，怒发冲冠

成功的五大因素中第一大因素就是能够控制自己的情绪，第二大就是健康，第三是时间管理，四是财务管理，五是良好的人际关系。

处理好人际关系的三大秘诀：

关心别人胜过关心自己；

三不三多，即不指责、不抱怨、不批评，多赞美、多表扬、多包容；

是善于倾听、善于沟通！无知而热情胜过博学而冷漠！

第一种人，糊里糊涂，终其一生，日复一日，年复一年，既无目标，也无追求，吃喝拉撒睡之间，走到尽头。

第二种人，时而清醒，时而糊涂，一会儿雄心万丈，一会儿随波逐流，几经起落，最后，自认平庸，仰天长叹：此生运气太差，如果有下辈子，定当如何如何。”

第三种人,除去少不更事和老糊涂两个阶段，在人生阶段，在人生旅程的关键时段，始终头脑清醒、目标明确、行动有力。不用多说，大家也知道,他们的人生最后价值，也最有收获。

第一种人，我们忽略不计，因为他不想有所成就，谁也不能强迫他做什么，他也没有改变生命历程的欲望。我们讨论的议题是，第二种人如何进步为第三种人，即帮助那些想成功的人，

找到一个行之有效的方法。

一生中真正有效的时间不多，做事业的黄金时间，基本可以确定为25-55岁。25岁前是受教育和准备时间；55岁后，基本上要退出历史舞台。所以，人生的根本问题可以界定为：如何

利用有效的30年时间，获取人生的最大收益。

资源（时间和精力）是有限的，经不起挥霍，需要科学规划，小到一家公司，大至一个国家,都有十年规划、五年计划和年度计划。

我们一辈子的有效时间大致可以看成30年，就是说，可以制订6个五年计划。一般而言，人生轨道有一些规律性的东西。

第一个五年计划，一般要解决定位问题。我到底是什么样的性格，有什么特长？我想成为什么样的人？哪个行业适合我？我应该再什么位置上发展？

在这个阶段，主要是走向社会，通过实践活动，认识自己和社会。尽快地给自己一个准确合理的定位。

第二个五年计划，要在行业中站住脚，获得一个初始的位置，解决基本的生活问题，有一个安定的心态，逐渐积累各种资源，包括知识、技能、经验和人脉关系等。

第三个五年计划，就要成为单位的骨干、行业的专家，获得较高的位置，有一定实力，可以调动很多资源，找到做事业的感觉。并且淘到第一桶金，房子、车子问题应该全部解决，有成功人士的感觉，并获得社会认可。

到了40岁，进入第四个五年计划。这时候，要上的台阶是从小康到富裕，必须进入社会的精英阶层，在单位中，要进入决策层，在行业中，要有影响力，正是纵横掉阖、呼风唤雨之时。

第五个五年计划中，发展与守成并重，因人而异，有的人高歌猛进，有的人求稳持重。这个阶段基本是把持大政方针，放手让年轻人打拼。

五十而知天命。第六个五年计划到来之际，一般来说，个人的创造力和精力都在走下坡路，以现代社会的节奏，多半到了退位让贤的时候，当然，也有老当益壮之士，不在此例。

四、不愿学习、自以为是，没有归零的心态

中国国民素质与美日等发达国家相差五十年,

第一个指标是工程师、医生所占比例;

第二个是国民教育投资比例;

第三个是国民投入的学习时间，凡是不学习的人都会自以为是，凡是自以为是的人都很难成功。

人学习要经历四个阶段:

不学：不知己不知

学了一点：知之己不知

再学一阶段；知之己知之

最成熟阶段：不知己知之

所以归零的心态对每个人都很重要，一个海绵如不把原来的水挤干，就不可能吸很多的水，谁归零的越快越好，谁就会越能走向成功。

五、判断事物靠直觉，而不是以事实为依据

在我们生活中有很多人说话做判断不是事实，而是靠直觉：我以为…我认为…

六、做事不靠信念、靠人言

人生为自己活着，而不是为别人活着，别人的嘴长在别人的身上，别人想怎么说就怎么说，你管不了，没有人会为自己的错误的指导而承担责任，而现实中许

多人就是好为人师，这个世界的人群中一边是5%, 一边是95%,5%的成功人士在没有成功之前都被人称为傻子疯子，无线电发明人甚至被当着疯子抬到精神病院去。