第四章钢结构的连接典型例题_钢结构
第四章+钢结构的连接
3.焊缝质量等级及选用
《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对 焊缝质量等级的选用有如下规定：
(1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向 的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。
(2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等 强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。
➢ 对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。
1、轴心力作用下的对接焊缝计算 N
N
lw
N lwt
f
w t
或f
w c
(3 28)
t
式中：
N—轴心拉力或压力；
A
t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；
ftw、fcw —对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。
当不满足上式时，可采用斜对
接焊缝连接如图B。
max2 1
VSw
I3wt12
3 V
21.1l wft
w t
fVw
(3 30)
(3 31)
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
2012年3月8日 星期四
§3.3 角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式和受力分析 1、角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝
（1）直角角焊缝
hf hf
§4.3 对接焊缝的构造与计算
一、对接焊缝的构造 1、对接焊缝的坡口形式: 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施 工条件有关。 (1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做 坡 (2口)t=,采7用~2直0m边m缝时; ，宜采用单边V形和双边V形坡 (口3); t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。 t--焊件厚度
陈绍蕃 钢结构第四章答案
第四章4. 1有哪些因素影响轴心受压杆件的稳定系数？ 答：①残余应力对稳定系数的影响；②构件的除弯曲对轴心受压构件稳定性的影响； ③构件初偏心对轴心轴心受压构件稳定性的影响； ④杆端约束对轴心受压构件稳定性的影响；4.3影响梁整体稳定性的因素有哪些？提高梁稳定性的措施有哪些？ 答：主要影响因素：①梁的侧向抗弯刚度y EI 、抗扭刚度t GI 和抗翘曲刚度w EI 愈大，梁越稳定； ②梁的跨度l 愈小，梁的整体稳定越好；③对工字形截面，当荷载作用在上翼缘是易失稳，作用在下翼缘是不易失稳； ④梁支撑对位移约束程度越大，越不易失稳； 采取措施：①增大梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度和抗翘曲刚度； ②增加梁的侧向支撑点，以减小跨度；③放宽梁的受压上翼缘，或者使上翼缘与其他构件相互连接。
4.6简述压弯构件中等效弯矩系数mx β的意义。
答：在平面内稳定的计算中，等效弯矩系数mx β可以把各种荷载作用的弯矩分布形式转换为均匀守弯来看待。
4.10验算图示焊接工字形截面轴心受压构件的稳定性。
钢材为Q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。
已知构件承受的轴心压力为N =1500kN 。
解：由支承条件可知0x 12m l =，0y 4m l =23364x 1150012850025012225012476.610mm 12122I +⎛⎫=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭3364y 5001821225031.310mm 1212I =⨯+⨯⨯⨯=⨯2225012500810000mm A =⨯⨯+⨯=x 21.8cm i ===，y 5.6cm i ===0x x x 12005521.8l i λ===，0y y y 40071.45.6l i λ===，翼缘为火焰切割边的焊接工字钢对两个主轴均为b 类截面，故按y λ查表得=0.747ϕ整体稳定验算：3150010200.8MPa 215MPa 0.74710000N f A ϕ⨯==<=⨯，稳定性满足要求。
钢结构的连接ppt课件
第四第章三钢章结构连的连接接
2.对接焊缝的优缺点
优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中， 利于承受动力荷载。 缺点：需剖口，焊件长度要求精确。
3.对接焊缝的构造处理 引弧板
垫板
垫板
图4.7 根部加垫板
垫板
图4.8 对接焊缝的引弧板
.
第四章第第三三钢章章结构连连的连接接接
1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。
缺点：质量波动大，要求焊工等级高，
劳动强度大，生产效率低。
.
焊条 保护气体
焊钳
电弧
熔池
图4.2 手工电弧焊
导线
第四章第章钢结连构的接连接
A、焊条的表示方法：E后面加4个数字
E—焊条(Electrode) 第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) 第3、4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。
.
第四第章三钢章结构连的连接接
4.3 全焊透对接焊缝的构造和计算
4.3.1 对接焊缝的构造
1. 对接焊缝的坡口形式
对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。
图4.6 对接焊缝的坡口形式 a）直边缝：适合板厚t 10mm b）单边V形、c）双边V形：适合板厚t ＝10～20mm d）U形、e）K形、f）X形：适合板厚.t > 20mm
1） 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受 拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应 为二级。
2） 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊 缝应不低于二级；受压时宜为二级。 3） 重级工作制和起重量Ｑ≥50t的中级工作制吊车梁的腹板与上 翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的Ｔ形接头焊透的 对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。 4） 角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳 和起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。
第三版钢结构课后题答案第四章
4.1 验算由2∟63×5组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。
轴心拉力的设计值为270kN ，只承受静力作用，计算长度为3m 。
杆端有一排直径为20mm 的孔眼，用于螺栓承压型连接。
钢材为Q235钢。
如截面尺寸不够，应改用什麽角钢？计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。
解：拉杆2L63×5，查附表7.4单角钢毛面积为：6.14 cm 2故：22n cm 28.10228.1210205214.62A =-=⨯⨯⨯-⨯=-钢材Q235,2215mmN f =强度验算：22232156.2621028.1010270mm N f mm N A N n =>=⨯⨯==σ该拉杆强度不满足。
试改用2∟70×6单角钢毛面积为：8.16 cm 2故：221392240163262021016.82mm A n =-=⨯⨯-⨯⨯=强度验算：223215194139210270mm N f mm N A N n =<=⨯==σ强度满足要求。
静力作用只需验算竖向平面内的长细比，按一般建筑结构系杆考虑，容许长细比为400 (或按其他构件300、350)； 由附表7.4cm i x 15.2=长细比验算：[]4005.13915.2300=<===λλx o i l长细比满足要求。
点评：1、实际设计应多方案，在满足要求的方案中选重量最轻的。
如果选用的规格是所有角钢规格中最轻的就是最优设计。
OK4.3 验算图示高强螺栓摩擦型连接的钢板净截面强度。
螺栓直径20mm ，孔径22mm ，钢材为Q235-A.F ，承受轴心拉力N=600kN (设计值)。
解：钢板厚度14mm ，拼接板厚度2×10mmQ235—A.F 查表得2mm N 215f =钢板最外列螺栓处：()224369243360142234080804014mm A n =-=⨯⨯-+++⨯=()n n 5.01N N 1-='==600(1-0.5×3/9)=500kN验算净截面强度：2232153.205243610500mm N f mm N A N n =<=⨯='=σ钢板净截面强度满足要求。
钢结构的连接——习题解答
计算B点折算应力 S 108 16 172 2.97 105 mm4 1
1
M h0 300 156 130 N / mm2 WW h 360
z 12 3 12 1302 3 91.82 205.4 N / mm 2 1.1 f t w 203.5 N / mm 2
16
σ
14
τ
B
172 300 16
14
V
16
14
（3）焊缝强度验算 计算A点正应力 M
M 116 106 156 N / mm 2 f t w 185 N / mm 2 5 WW 7.43 10 150 4.55 105 mm 4 计算C点剪应力 S 108 16 172 150 14 2
ry x
x
V 200 x0 y
3.4 试设计双角钢与节点角焊缝连接。钢材Q235-B，焊条E43型，手工焊，轴心力设计值N=800kN。试 验算焊缝的强度。（1）采用两面侧焊（2）采用三面围焊缝
t=10mm
N=800kN
2∟100× 8
t=10mm
N=800kN
2∟100× 8
t=10mm
N=800kN
108 163 14 3003 2 Iw 2 ( 108 16 172 ) 1.34 108 mm4 12 12
Iw 1.34 108 Ww =7.43 105 mm3 h/2 180
328 360
M
C
e=200mm F=580kN 140
108 A
16
端焊缝：Max 8hf , 40 lw
焊缝计算长度：lw
侧焊缝：Max 8hf , 40 lw 60hf
钢结构的连接_习题
钢结构的连接习题参考答案1．已知A3F钢板截面用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条E43型，用引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。
解：查附表1.2得：则钢板的最大承载力为：2．焊接工字形截面梁，设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用荷载设计值：弯矩，剪力，钢材为Q235B，焊条为E43型，半自动焊，Ⅲ级检验标准，试验算该焊缝的强度。
解：查附表1.2得：，。
截面的几何特性计算如下：惯性矩：翼缘面积矩：则翼缘顶最大正应力为：满足要求。
腹板高度中部最大剪应力：满足要求。
上翼缘和腹板交接处的正应力：上翼缘和腹板交接处的剪应力：折算应力：满足要求。
3．试设计如图所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。
钢材Q235B，焊条E43型，手工焊，轴心拉力设计值(静力荷载)。
①采用侧焊缝；②采用三面围焊。
解：查附表1.2得：①采用两边侧焊缝因采用等肢角钢，则肢背和肢尖所分担的内力分别为：肢背焊缝厚度取，需要：考虑焊口影响采用；肢尖焊缝厚度取，需要：考虑焊口影响采用。
②采用三面围焊缝假设焊缝厚度一律取，，每面肢背焊缝长度：，取每面肢尖焊缝长度，取4．如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值。
钢材为Q235B，焊条为E43型，试验算此连接焊缝是否满足要求。
解：查附表1.2得：正面焊缝承受的力：则侧面焊缝承受的力为：则满足要求。
5．试计算如图所示钢板与柱翼缘的连接角焊缝的强度。
已知(设计值)，与焊缝之间的夹角，钢材为A3，手工焊、焊条E43型。
解：查附表1.2得：，满足要求。
6．试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝①，②，③。
钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊。
解：查附表1.2得：故翼缘焊缝多承受的水平力为设③号焊缝只承受剪力V，取故③号焊缝的强度为：满足要求。
设水平力H由①号焊缝和②号焊缝共同承担，设②号焊缝长度为150mm, 取故②号焊缝的强度为：满足要求。
7．试求如图所示连接的最大设计荷载。
钢结构第4章例题
1 l1 i1 0.7 max
max max 0 x， y
缀板柱的分肢长细比：
1 l01 i1 40且0.5max
max max 0 x， y
当max 50时, 取max 50
例题4.5 试设计一两端铰接的轴心受压格构式柱。
d、柱单肢的稳定性验算
lo1=2a=2×30.98＝61.96cm，
λmax=λox=41.2＜50, 取λmax=50 λ1=lo1/i1=61.96/2.11=29
＜0.7λmax=0.7×50＝35， 单肢稳定性满足要求。
e、缀条与柱肢的连接焊缝计算 采用两边侧面角焊缝连接，取hf=4mm.
1、按对实轴的整体稳定确定柱的截面(分肢截面)；
2、按等稳定条件确定两分肢间距a，即 λ0x=λy； 双肢缀条柱：
0x
2 x
27
A A1
y
即： x
双肢缀板柱：
2 y
27
A A1
(4 61)
0 x 2x 12 y
即： x 2y 12
b、按柱对虚轴x的稳定性确定两个单肢间距
设缀条布置为单斜式。
试选用最小角钢 45×4作为柱的斜缀条， 查角钢表知：A1x/2 =3.49cm2。
λx=√λy2-27A/A1x =√38.22-27×57.68/(3.49×2)=35.2
ix =lox/λx=600/35.2=17.1cm
由回转半径与截面宽度的近似关系，得
梁
填板
Ⅰ
Ⅱ
柱
柱顶板 垫板 加劲肋
15-20mm
（三）、柱头的计算
钢结构的连接习题及答案
钢结构的连接习题及答案例 3.1 试验算图3-21所示钢板的对接焊缝的强度。
钢板宽度为200mm ，板厚为14mm ，轴心拉力设计值为N=490kN ，钢材为Q235 ，手工焊，焊条为E43型，焊缝质量标准为三级，施焊时不加引弧板。
（a ） （b ）图3-21 例题3-1 （a ）正缝；（b ）斜缝解：焊缝计算长度 mm l w172142200=⨯-=焊缝正应力为223/185/5.2031417210490mm N f mm N w t =>=⨯⨯=σ不满足要求，改为斜对接焊缝。
取焊缝斜度为1.5：1，相应的倾角056=θ,焊缝长度mm l w 2.21314256sin 200'=⨯-=此时焊缝正应力为2203'/185/1.136142.21356sin 10490sin mm N f mm N tl N w f w =<=⨯⨯⨯==θσ剪应力为2203'/125/80.91142.21356cos 10490cos mm N f mm N tl N w v w =<=⨯⨯⨯==θτ 斜焊缝满足要求。
48.1560=tg ，这也说明当5.1≤θtg 时，焊缝强度能够保证，可不必计算。
例 3.2 计算图3-22所示T 形截面牛腿与柱翼缘连接的对接焊缝。
牛腿翼缘板宽130mm ，厚12mm ，腹板高200mm ，厚10mm 。
牛腿承受竖向荷载设计值V=100kN ，力作用点到焊缝截面距离e=200mm 。
钢材为Q345，焊条E50型，焊缝质量标准为三级，施焊时不加引弧板。
解：将力V 移到焊缝形心，可知焊缝受剪力V=100kN ，弯矩 m kN Ve M ⋅=⨯==202.0100翼缘焊缝计算长度为mm 106122130=⨯-腹板焊缝计算长度为mm 19010200=-（a ） （b ）图3-22 例题3-2（a ）T 形牛腿对接焊缝连接；（b ）焊缝有效截面焊缝的有效截面如图3-22b 所示，焊缝有效截面形心轴x x -的位置cm y 65.60.1192.16.107.100.1196.02.16.101=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=cm y 55.1365.62.1192=-+=焊缝有效截面惯性矩4223134905.62.16.1005.411919121cm I x =⨯⨯+⨯⨯+⨯=翼缘上边缘产生最大拉应力，其值为22461/265/59.981013491065.61020mm N f mm N I My w t x t =<=⨯⨯⨯⨯==σ 腹板下边缘压应力最大，其值为22462/310/89.2001013491055.131020mm N f mm N I My w c x a =<=⨯⨯⨯⨯==σ 为简化计算，认为剪力由腹板焊缝承受，并沿焊缝均匀分布223/180/63.521019010100mm N f mm N A V w v w =<=⨯⨯==τ腹板下边缘正应力和剪应力都存在，验算该点折算应力222222/5.2912651.11.1/6.22063.5239.2003mmN f mm N w t a =⨯=<=⨯+=+=τσσ焊缝强度满足要求。
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σ fM =6M/(2×0.7×hf×lw 2 )
=6×80×P×103 /(2×0.7×10×2902 ) =0.408P(N/mm2 )
σ fN =N/(2×0.7hf lw )
=0.6P×103 /(2×0.7×10×290) =0.148P(N/mm2 )
τ fv =V/(2×0.7hf lw )
取 n =16 个。 采用并列布置，如下图所示。连接盖板尺寸为-10×410×710。中距、端距、边 ５５
４１０
Ｎ
Ｎ
Ⅰ
Ⅱ
５ ５ ８０ ８ ０ ８ ０ ５５ ５ ５ ８０ ８０ ８０ ５ ５ １０
１０ １８ １０
Ｎ
Ｎ
3．验算被连接钢板的净截面强度 被连接钢板Ⅰ－Ⅰ截面受力最大，连接盖板则是Ⅱ－Ⅱ截面受力最大，但后者截面面积 稍大，故只验算被连接钢板即可。
σ fM =6×12×103 ×103 /（2×0.7×10×2902 ）=61.2N/mm2 σ fN =340×103 /（2×0.7×10×290）=83.7N/mm2 τ fv =120×103 /（2×0.7×10×290）=29.6N/mm2
N σ M f +σ f 1.22
=0.8P×103 /（2×0.7×10×290） =0.197P(N/mm2 ) 将 σ fM 、 σ fN 、 τ fv 的值代入公式：
σ M +σ N f f 1.22
得 Pmax=322.3KN
+ τV f
2
( )
2
≤ f fw
3.将力 F、P 向焊缝形心简化得： V =0.8P=0.8×150=120 KN N =F＋0.6P=250＋0.6×150=340 KN M =0.8P・e=0.8×150×100=12×103 KN・mm
b NV = nV ⋅
πd 2 π × 20 2 ⋅ f Vb = 2 × × 130 ×10 − 3 = 81.7 KN 4 4
一个螺栓抗剪承载力设计值为：
N cb = d ⋅ ∑ t ⋅ f cb = 20 × 18 × 305 ×10 −3 = 109.8 KN
连接所需要的螺栓数目为
b n = N N min = 1250 81.7 = 15.3
+ τV f
2
( )
2
= 122.4 N/mm2 ＜f fw =160N/mm2
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、 更加合理。
例2： 如图所示牛腿，采用 Q235 钢，8.8 级摩擦型高强螺栓连接 M20，接触面表 面喷砂处理。试验算该连接是否安全。 （螺栓预拉力 P=125kN，摩擦面抗滑移系 数为 0.45）
400 F=150kN 50 80 80 80 80 50 50 50
解： （1）将荷载等效到螺栓形心，有 V=P=150kN，M=P×e=60 kN ⋅ m （2）单个螺栓抗剪承载力为： N vb = 0.9n f μP =0.9×1×0.45×125=50.625kN，抗拉 承载力为： N tb = 0.8P =100kN。 （3）螺栓群受剪力和弯矩作用，上两排螺栓所受拉力为： M ⋅ y1 M ⋅ y2 60 × 1000 × 160 =75 kN < N tb ， N t 2 = =37.5 kN，从而有： = N t1 = 2 2 2 ∑ yi 4 × (80 + 160 ) ∑ yi2
∑ 0.9n f μ ( P −1.25N ti ) = 6×50.625+0.9×1×0.45×[4×125-2×1.25（75+37.5）]
=303.75+88.594= 392.34kN >150 kN，满足。
（螺栓群在 M 作用下，4 个螺栓受压，两个不受力，4 个螺栓受拉）
【例３】 两钢板截面为-18×410，钢材 Q235，承受轴心力 N =1250KN（设计值） ，采用 M20 普通粗制螺栓拚接，孔径 d 0 =21.5mm，试设计此连接。 【解答】 分析：设计此连接应按等强度考虑，即设计的连接除能承受 N 力外，还应使被连接钢 板、拚接盖板、螺栓的承载力均接近，这样才能做到经济省料。因此，连接盖板的截面面积 可取与被连接钢板的截面面积相同。这样，当螺栓采用并列布置时，只要计算被连接钢板的 强度满足即可，不必再验算连接盖板。具体设计步骤可根据已知的轴心力设计值先确定需要 的螺栓数目，并按构造要求进行排列，然后验算构件的净截面强度。 1．确定连接盖板截面 采用双盖板拚接，截面尺寸选 10×410，与被连接钢板截面面积接近且稍大，钢材亦为 Q235。 2．计算需要的螺栓数目和布置螺栓 一个螺栓抗剪承载力设计值为：
An = A − n1d 0t = 41× 1.8 − 4 × 2.15 × 1.8 = 58.32 cm2 N 1250 × 10 3 σ= = ≈ 214.3 N/mm2 ＜ f = 215 N/mm2 2 An 58.32 × 10
符合要求。
【例１】 如图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 hf =10mm，f fw =160N/mm2 ，受静力荷载作用，试求： 1．只承受 F 作用时，最大的轴向力 F=？ 2．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？
３ ５ ４
F
P
【解答】 分析：根据已知条件，可将斜向力 P 向焊缝形心简化得 M、N、V，将 F 向焊缝形心简 化只得 N。M、N 使焊缝有效截面产生应力 σ fM 、 σ fN ，而剪力 V 则产生应力 τ fv ，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 lw =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： Fmax=0.7hf・∑lw ・ β ・f fw =0.7×10×2×290×1.22×160×10-3 =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：