钢结构原理习题答案第三章

习题参考答案3.1题：答：（1）按制作方法的不同分为型钢截面和组合截面两大类。

型钢截面又可分为热轧型钢和冷弯薄壁型钢两种。

组合截面按连接方法和使用材料的不同，可分为焊接组合截面（焊接截面）、铆接组合截面、钢和混凝土组合截面等。

（2）型钢和组合截面应优先选用型钢截面，它具有加工方便和成本较低的优点。

3.7题：解：由附录1中附表1可得I20a 的截面积为3550mm 2，扣除孔洞后的净面积为3249275.213550A n =⨯⨯-=mm 2。

工字钢较厚板件的厚度为11.4mm ，故由附录4可得Q235钢材的强度设计值为215f =N/mm 2，构件的压应力为2155.138324910450A N 3n <≈⨯==σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。

新版教材工字钢为竖放，故应计入工字钢的自重。

工字钢I20a 的重度为27.9kg/m ，故19712.19.8169.27N g =⨯⨯⨯=N ；构件的拉应力为215139.113249197110450A N N 3ng <≈+⨯=+=σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。

3.8题：解：1、初选截面假定截面钢板厚度小于16mm ，强度设计值取215f =，125f v =。

可变荷载控制组合：24kN .47251.410.22.1q =⨯+⨯=， 永久荷载控制组合：38.27kN 250.71.410.235.1q =⨯⨯+⨯=简支梁的支座反力（未计梁的自重）129.91kN ql/2R ==，跨中的最大弯矩为m 63kN .1785.547.2481ql 81M 22max⋅≈⨯⨯==，梁所需净截面抵抗矩为36x max nx 791274mm 2151.051063.178f M W ≈⨯⨯==γ，梁的高度在净空方面无限值条件；依刚度要求，简支梁的容许扰度为l/250，参照表3-2可知其容许最小高度为229mm 24550024l h min ≈==， 按经验公式可得梁的经济高度为347mm 3007912747300W 7h 33x e ≈-=-=，由净截面抵抗矩、最小高度和经济高度，按附录1中附表1取工字钢 I36a ，相应的截面抵抗矩3nx 791274m m875000W >=，截面高度229mm 360h >=且和经济高度接近。

钢结构第三章习题课后答案钢结构第三章习题课后答案钢结构是一门重要的工程学科，它涉及到建筑、桥梁、机械等领域。

在学习钢结构的过程中，习题是不可或缺的一部分。

通过解答习题，我们可以加深对知识点的理解，提高解决实际问题的能力。

下面是钢结构第三章习题的答案，希望对学习者有所帮助。

1. 钢结构的设计原则是什么？钢结构的设计原则主要包括以下几点：- 安全性：钢结构在设计中必须满足一定的安全系数，以确保结构在正常使用和极限状态下的安全性。

- 经济性：在满足安全性的前提下，设计应尽可能节约材料和成本，提高结构的经济性。

- 实用性：设计应考虑结构的施工性、可维护性和可拆卸性，以便于施工和后期维护。

- 美观性：设计应注重结构的外观和形象，使其与周围环境相协调。

2. 钢结构的设计方法有哪些？钢结构的设计方法主要包括以下几种：- 强度设计法：根据结构的承载能力和荷载要求，确定结构的截面尺寸和材料强度，以满足结构的强度要求。

- 稳定性设计法：根据结构的稳定性要求，确定结构的稳定性系数，以保证结构的稳定性。

- 构造设计法：根据结构的构造形式和连接方式，确定结构的构造方案和连接方式，以保证结构的完整性和可靠性。

- 疲劳设计法：根据结构的工作环境和使用要求，确定结构的疲劳寿命和疲劳极限，以保证结构的疲劳安全性。

3. 钢结构的连接方式有哪些？钢结构的连接方式主要包括以下几种：- 焊接连接：通过焊接将钢构件连接在一起，具有连接强度高、刚度大的特点，适用于大型和重要的结构。

- 螺栓连接：通过螺栓将钢构件连接在一起，具有连接方便、可拆卸的特点，适用于较小和较简单的结构。

- 铆接连接：通过铆钉将钢构件连接在一起，具有连接牢固、工艺简单的特点，适用于一些特殊的结构。

- 槽钢连接：通过槽钢将钢构件连接在一起，具有连接简单、刚度大的特点，适用于某些特殊的结构。

4. 钢结构的抗震设计原则是什么？钢结构的抗震设计原则主要包括以下几点：- 强度原则：结构的抗震能力应满足设计地震作用下的强度要求，以保证结构在地震中不发生破坏。

《钢结构基本原理》习题三答案《钢结构基本原理》习题三答案一、单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）1．钢结构中的主要有害元素是（C）。

A、碳磷硅B、硫磷锰C、硫氧氮D、碳锰矾2．钢材的性能因温度而变化，在负温范围内钢材的塑性和韧性（B）。

A、不变B、降低C、升高D、前者增大，后者减小3．钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是（C）时的力学性能指标。

A、承受剪切B、承受弯曲C、单向拉伸D、两向和三向受力4．产生焊接残余应力的主要因素之一是（ C ）。

A、钢材的塑性太低B、钢材的弹性模量太大C、焊接时热量分布不均匀D、焊缝的厚度太小5．在低温工作的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需（C）指标。

A、低温屈服强度B、低温抗拉强度C、低温冲击韧性D、疲劳强度6．钢材脆性破坏同构件（C）无关。

A、应力集中B、低温影响C、残余应力D、弹性模量7．与轴压杆稳定承载力无关的因素是（D）。

A、杆端的约束状况B、残余应力C、构件的初始偏心D、钢材中有益金属元素的含量8．焊接残余应力不影响构件的（B）。

A、整体稳定B、静力强度C、刚度D、局部稳定9．钢材经历了应变硬化应变强化之后（A）。

A、强度提高B、塑性提高C、冷弯性能提高D、可焊性提高10．处于低温下的焊接结构应选用（C）。

A、耐腐蚀的钢材B、含磷的钢材C、韧性好的钢材D、强度高的钢材11、以下关于应力集中的说法中正确的是B。

A、应力集中降低了钢材的屈服强度B、应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到限制C、应力集中产生异号应力场，使钢材变脆D、应力集中可以提高构件的疲劳强度12.Q235与Q345两种不同强度的钢材进行手工焊接时，焊条应采用( C)A.E55型B.E50型C.E43型D.H10MnSi13.在搭接连接中，为了减小焊接残余应力，其搭接长度不得小于较薄焊件厚度的( A)A.5倍B.10倍C.15倍D.20倍14.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B）A.密封性B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装15.理想轴心受压构件失稳时，只发生弯曲变形，杆件的截面只绕一个主轴旋转，杆的纵轴由直线变为曲线，这时发生的是（D ）。

所有习题中为计算方便，仅3.10考虑了重力，大家做题时根据实际情况判断是否考虑重力。

第三章3.9图为一两端铰接的焊接工字形等截面钢梁，钢材为Q235。

梁上作用有两个集中荷载P =300 kN （设计值），集中力沿梁跨度方向的支承长度为100mm 。

试对此梁进行强度验算并指明计算位置。

解：首先计算梁的截面模量，计算出梁在荷载作用下的弯矩和剪力，然后按照规定的计算公式度、局部承压强度和折算应力强度等。

（1）计算截面模量324x 188002280104041255342933mm 12I =⨯⨯+⨯⨯⨯= 334y 11210280800836620800mm 1212I =⨯⨯⨯+⨯⨯=3x1280104041131200mm S =⨯⨯=3x2400113120040081771200mm 2S =+⨯⨯= （2）验算截面强度梁上剪力和弯矩图分布如图所示，由此确定危险点。

①弯曲正应力B 、C 两点间梁段弯矩最大()128010213.51310b t -==>，不考虑截面发展塑性 6x max x nx 60010410196MPa 215MPa 11255342933M f W σγ⨯⨯===<=⨯②剪应力A 、B 两点间梁段和C 、D 两点间的梁段上的剪力最大3x2maxv x w 30010177120052.9MPa 125MPa 12553429338VS f I t τ⨯⨯===<=⨯ ③局部承压在集中力作用B 、C 两点处没有加劲肋，应验算局部承压应力。

x y R 52100510150mm l a h h =++=+⨯=3c z w 130010250MPa>215MPa 1508Ff l t ψσ⨯⨯====⨯④折算应力B 左截面、C 右截面处同时存在较大的弯矩、剪力和局部压应力，应计算腹板与翼缘交界处的折算应力。

局部承压验算已不满足，此处不必验算折算应力。

第三章3.7一两端铰接的热轧型钢I20a 轴心受压柱，截面如图所示，杆长为6米，设计荷载N=450KN ，钢材为Q235钢，试验算该柱的强度是否满足？解：查的I20a 净截面面积A 为35502mm ,所以构件的净截面面积232495.217235505.21*23550mm d A n =⨯⨯-=-=22/215/5.1383249450000mm N f mm N A N n =<===σ 所以该柱强度满足要求。

3.8 一简支梁跨长为5.5米，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值10.2KN/m(不包括梁自重)，活荷载标准值25KN/m ，假定梁的受压翼缘有可靠的侧向支撑，钢材为Q235，梁的容许挠度为l/250,试选择最经济的工字型及H 型钢梁截面，并进行比较。

解：如上图示，为钢梁的受力图荷载设计值m KN q /24.47254.12.102.1=⨯+⨯= 跨中最大弯矩KNm ql M 63.1785.524.47818122=⨯⨯==f w M x x ≤=γσmax 所以3561091.7)21505.1/(1063.178mm fM w x x ⨯=⨯⨯=≥γ 查型钢表选择I36a ，质量为59.9kg/m,Wx 为8750003mm ，所以钢梁自重引起的恒载标注值m KN /58702.010008.99.59=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /79.35252.1058702.0=++=挠度mm EI l q x k 13.1310576.11006.2384105.579.3553845851244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm I36a 满足挠度要求。

查型钢表选择HN400x200x8x13，质量为66kg/m,Wx 为11900003mm钢梁自重引起的恒载标注值m KN /6468.010008.966=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /85.35252.106468.0=++=挠度mm EI l q x k 7.810237001006.2384105.585.3553845451244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm HN400x200x8x13满足挠度要求。

一两端铰接的热轧型钢I20a 轴心受压柱，截面如图所示，杆长为6米，设计荷载N=450KN ，钢材为Q235钢，试验算该柱的强度是否满足？解：查的I20a 净截面面积A 为35502mm ,所以构件的净截面面积232495.217235505.21*23550mm d A n =⨯⨯-=-=22/215/5.1383249450000mm N f mm N A N n =<===σ 所以该柱强度满足要求。

一简支梁跨长为米，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值m(不包括梁自重)，活荷载标准值25KN/m ，假定梁的受压翼缘有可靠的侧向支撑，钢材为Q235，梁的容许挠度为l/250,试选择最经济的工字型及H 型钢梁截面，并进行比较。

解：如上图示，为钢梁的受力图荷载设计值m KN q /24.47254.12.102.1=⨯+⨯= 跨中最大弯矩KNm ql M 63.1785.524.47818122=⨯⨯== f w M x x ≤=γσmax 所以3561091.7)21505.1/(1063.178mm fM w x x ⨯=⨯⨯=≥γ查型钢表选择I36a ，质量为m,Wx 为8750003mm ，所以钢梁自重引起的恒载标注值m KN /58702.010008.99.59=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /79.35252.1058702.0=++= 挠度mm EI l q x k 13.1310576.11006.2384105.579.3553845851244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm I36a 满足挠度要求。

查型钢表选择HN400x200x8x13，质量为66kg/m,Wx 为11900003mm钢梁自重引起的恒载标注值m KN /6468.010008.966=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /85.35252.106468.0=++= 挠度mm EI l q x k 7.810237001006.2384105.585.3553845451244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm HN400x200x8x13满足挠度要求。

3、13如图所示梁与柱(钢材为Q235B)得连接中,M=100kN ·m,V=600kN,已知梁端板与柱翼缘厚均为14mm,支托厚20mm,试完成下列设计与验算:(1)剪力V 由支托焊缝承受,焊条采用 E43型,手工焊,求焊缝A 得高度hf 。

(2)弯矩M 由普通C 级螺栓承受,螺栓直径24mm,验算螺栓就是否满足要求。

解:(1)验算受剪承载力:a. 确定焊脚高度板件边缘得角焊缝:max 20,20(12)18;f t mm h mm ==-=普通角焊缝:min max min(14,20)14, 1.21416.8;f t mm h mm ===⨯= 则max min(16.8,20)16.8;f h mm ==max min max(14,20)20,6;f t mm h mm ===故取10f h mm =b 、0.70.7107e f h h mm ==⨯=设承受静载,支托选用Q235B,则查表得角焊缝强度设计值2160wf f N mm = 采用三面围焊且为绕角焊:对于水平焊缝,承受正应力,1300w l b mm ==3110.70.710300 1.2216010410;w f w f f N h l f kN β-==⨯⨯⨯⨯⨯=对于竖向焊缝,承受剪应力,2250w l mm =211.25 1.25600410340;N V N kN =-=⨯-=322223401097.14316020.720.710250w f f f w N N mm f N mm h l τ⨯===<=⨯⨯⨯⨯,满足要求。

故焊缝A 得高度10f h mm =。

(2)验算抗弯承载力12345678910600;500;300;200;100;y y mm y y mm y y mm y y mm y y mm ==========2311222222;1001060040;2(600500300200100)i iiiN M yy My N kN y =⨯⨯===⨯++++∑∑查表得普通C 级螺栓抗拉强度设计值2170b t f N mm =;公称直径为24mm 得普通螺栓2353e A mm =313531701060.1b b t e t b tN A f kN N N-=⋅=⨯⨯=≤故抗弯承载力满足要求。

第三章3。

7一两端铰接的热轧型钢I20a 轴心受压柱，截面如图所示,杆长为6米,设计荷载N=450KN ，钢材为Q235钢，试验算该柱的强度是否满足？解：查的I20a 净截面面积A 为35502m m ，所以构件的净截面面积232495.217235505.21*23550mm d A n =⨯⨯-=-=22/215/5.1383249450000mm N f mm N A N n =<===σ 所以该柱强度满足要求。

3。

8 一简支梁跨长为5.5米，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值10.2KN/m(不包括梁自重)，活荷载标准值25KN/m ，假定梁的受压翼缘有可靠的侧向支撑,钢材为Q235，梁的容许挠度为l/250,试选择最经济的工字型及H 型钢梁截面,并进行比较。

解：如上图示，为钢梁的受力图荷载设计值m KN q /24.47254.12.102.1=⨯+⨯= 跨中最大弯矩KNm ql M 63.1785.524.47818122=⨯⨯==f w M x x ≤=γσmax 所以3561091.7)21505.1/(1063.178mm fM w x x ⨯=⨯⨯=≥γ 查型钢表选择I36a ，质量为59.9kg/m,Wx 为8750003m m ，所以钢梁自重引起的恒载标注值m KN /58702.010008.99.59=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可:荷载标准值m KN q k /79.35252.1058702.0=++=挠度mm EI l q x k 13.1310576.11006.2384105.579.3553845851244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250］=22mm I36a 满足挠度要求。

查型钢表选择HN400x200x8x13,质量为66kg/m ，Wx 为11900003m m钢梁自重引起的恒载标注值m KN /6468.010008.966=÷⨯=,可见对强度影响很小,验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /85.35252.106468.0=++=挠度mm EI l q x k 7.810237001006.2384105.585.3553845451244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<［l/250]=22mmHN400x200x8x13满足挠度要求。

《钢结构设计原理》作业答案 3. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接 （直缝或斜缝） 。

轴力拉力设计值 N=1500kN， 钢材 Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。

解： 三级焊缝 查附表 1.3： f t w  265N/mm2 ， f vw  180N/mm2 不采用引弧板： l w  b  2t  500 2 10  480mmN 1500 103    312.5N/mm2  f t w  265N/mm2 ，不可。

lw t 480 10改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度：  (b / sin  )  2t  (500/ sin 56)  20  (500/ 0.829)  20  583mm lwN sin  1500 103  0.829    213N/mm2  f t w  265N/mm2 t lw 583 10N cos  1500 103  0.559   144N/mm2  fvw  180N/mm2 t lw 583 10设计满足要求。

方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。

此时设置引弧板求解 方便些。

3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。

解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。

10500NN查附表 1.3： f fw  200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。

设盖板宽 b=460mm，为 保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。

所需盖板厚度： t2 A1 500 10   5.4mm ，取 t2=6mm。

2b 2  460由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于 14mm。

3.13如图所示梁与柱（钢材为Q235B ）的连接中,M=100kN ·m,V=600kN,已知梁端板和柱翼缘厚均为14mm,支托厚20mm,试完成下列设计和验算：（1）剪力V 由支托焊缝承受，焊条采用 E43型，手工焊，求焊缝A 的高度hf 。

（2）弯矩M 由普通C 级螺栓承受，螺栓直径24mm,验算螺栓是否满足要求。

解：(1)验算受剪承载力：a. 确定焊脚高度板件边缘的角焊缝：max 20,20(12)18;f t mm h mm ==-=普通角焊缝：min max min(14,20)14, 1.21416.8;f t mm h mm ===⨯= 则max min(16.8,20)16.8;f h mm == 故取10f h mm =b.0.70.7107e f h h mm ==⨯=设承受静载，支托选用Q235B ，则查表得角焊缝强度设计值2160wf f N mm = 采用三面围焊且为绕角焊：对于水平焊缝，承受正应力，1300w l b mm ==对于竖向焊缝，承受剪应力，2250w l mm =322223401097.14316020.720.710250w f f f w N N mm f N mm h l τ⨯===<=⨯⨯⨯⨯，满足要求。

故焊缝A 的高度10f h mm =。

(2)验算抗弯承载力查表得普通C 级螺栓抗拉强度设计值2170b t f N mm =；公称直径为24mm 的普通螺栓2353e A mm =故抗弯承载力满足要求。

(3)验算构造要求： C 级螺栓00(1 1.5)24 1.525.53325.576.5100d d mm d mm=+=+==⨯=<故满足构造要求综合(2),(3)该螺栓满足要求。

3.14试验算如图所示拉力螺栓连接的强度。

C 级螺栓M20，所用钢材Q235B 。

若改用M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接（摩擦面间仅用钢丝刷清理浮锈），其承载力有何差别？解：150cos 45150106;210610626.5;26.5;4444V H kN V H Nv kN Nt kN ==⨯=⨯=======（1） 验算拉剪作用查表得普通C 级螺栓2170b t f N mm =； 2140b v f N mm =；Q235B 钢2305b c f N mm =；公称直径为20mm 的普通螺栓2245e A mm =。

第3章钢结构的连接12. 如图3-57所示的对接焊缝，钢材为Q235，焊条为E43型，采用焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。

已知，试求此连接能承受的最大荷载。

解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度l w=500mm，则焊缝正应力应满足：其中，故有，故此连接能承受的最大荷载为。

13. 图3-58所示为角钢2∟140×10构件的节点角焊鏠连接，构件重心至角钢肢背距离，钢材为Q235BF，采用手工焊，焊条为E43型，，构件承受静力荷载产生的轴心拉力设计值为N=1100kN，若采用三面围焊，试设计此焊缝连接。

解:正面角焊缝且故可取，此时焊缝的计算长度正面焊缝的作用：则由平衡条件得：所以它们的焊缝长度为，取370mm，，取95mm。

17. 如图3-61所示的焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用有弯矩，剪力，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。

解：（1）确定焊缝计算截面的几何特征x轴惯性矩：中性轴以上截面静矩：单个翼缘截面静矩：（2）验算焊缝强度焊缝最大拉应力（翼缘腹板交接处）：查表知，，所以焊缝强度不满足要求。

19. 按高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题18中的钢板的拼接，采用8.8级M20(=21.5mm)的高强度螺栓，接触面采用喷吵处理。

（1）确定连接盖板的截面尺寸。

（2）计算需要的螺栓数目并确定如何布置。

（3）验算被连接钢板的强度。

解：（1）摩擦型设计查表得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力，对于Q235钢材接触面做喷砂处理时。

单个螺栓的承载力设计值：所需螺栓数：（2）承压型设计查表知，。

单个螺栓的承载力设计值：所需螺栓数：螺栓排列图如下所示验算被连接钢板的强度a.承压型设计查表可知，当满足要求。

b.摩擦型设计净截面强度验算：满足要求；毛截面强度验算：满足要求。

20. 如图3-62所示的连接节点，斜杆承受轴心拉力设计值，端板与柱翼缘采用10个8.8级摩擦型高强度螺栓连接，抗滑移系数，求最小螺栓直径。

第三章部分习题参考答案3.8 已知A3F 钢板截面mm mm 20500´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。

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：焊缝质量等级为Ⅱ级，抗拉的强度设计值20.85182.75/wf f f N mm == 采用引弧板，故焊缝长度500w l b mm ==承受的最大轴心拉力设计值3500*20*182.75*101827.5N btf kN -===3.9 焊接工字形截面梁，焊接工字形截面梁，在腹板上设一道拼接的对接焊缝在腹板上设一道拼接的对接焊缝在腹板上设一道拼接的对接焊缝((如图3-66)，拼接处作用荷载设计值：弯矩M=1122kN ·mm ，剪力V=374kN ，钢材为Q235B ，焊条为E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。

三级检验标准，试验算该焊缝的强度。

解：（1）焊缝截面的几何特性）焊缝截面的几何特性 惯性矩3341(28102.827.2100)26820612x I cm =´-´= 一块翼缘板对x 轴的面积矩轴的面积矩3128 1.4(507)2234.4X S cm =´´+= 半个截面对x 轴的面积矩轴的面积矩31500.8253234.4X X S S cm =+´´= （2）焊缝强度验算）焊缝强度验算焊缝下端的剪应力33214374102234.41038.9/268206108x x w VS N mm I t t ´´´===´´ 焊缝下端的拉应62max4112210500209/0.852********x M h N mm fI s ´´=×==>´所以，该焊缝不满足强度要求（建议将焊缝等级质量提为二级）所以，该焊缝不满足强度要求（建议将焊缝等级质量提为二级） 则 max s 2209/N mm =<215f =2/N mm下端点处的折算应2222max 3219.6/ 1.1236.5/N mm f N mm s t +=<=且焊缝中点处剪应力且焊缝中点处剪应力33224374103234.41056.3/125/268206108w x v x w VS N mm f N mm I t t ´´´===<=´´3.10 试设计如图3-67所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。

3.1. 试设计双角角钢与节点板的角焊缝连接（如下图）。

钢材为Q235-B ，焊条为E43型，手工焊，作用着轴心力1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。

2w f mm /N 160f =焊缝内力分配系数为：321=α（肢背），311=α（肢尖） 最大焊缝厚度：肢背：mm 9~8)2~1(10h max f =-=， 肢尖及角钢端部：f max h 1.21012mm =⨯= 最小焊缝厚度：mm t h f 2.5125.15.1max min ===（1）.若采用三面围焊：正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即mm b l w 1253==，所有焊缝厚度均取为6mm ，则正面角焊缝所能承受的内力3N 为：w 3e w3f f N 2h l f 20.76125 1.22160205.0KN β==⨯⨯⨯⨯⨯= 311N 2205.0N N 1000564.2KN 232α=-=⨯-= 322N 1205.0N N 1000230.8KN 232α=-=⨯-=1w1w e f N 564200l 66425.8mm 2h f 20.76160=+=+=⨯⨯⨯，取43cm 。

2w2w e f N 230800l 66177.7mm 2h f 20.76160=+=+=⨯⨯⨯，取18cm 。

（2）.若采用两面侧焊，肢背焊缝厚度为8mm ，肢尖焊缝厚度为6mm 。

112N N 1000667KN3α==⨯=221N N 1000333KN 3α==⨯=1w1w e f N 667000l 1616388.2mm 2h f 20.78160=+=+=⨯⨯⨯，取40cm 。

2w2we f N 333000l 1212259.8mm 2h f 20.76160=+=+=⨯⨯⨯，取26cm 。

1f 1w 1f h 60l h 8<<，2f 2w 2f h 60l h 8<<，即肢背和肢尖焊缝均满足最大焊缝长度和最小焊缝长度的构造要求。

《钢结构原理》第三章作业（一）参考解答【练习1】两块钢板采用对接焊缝（直缝）连接。

钢板宽度Ｌ＝250mm ，厚度t=10mm 。

钢材采用Ｑ235，焊条N f l h N w f w f 521472160)6200(67.047.011=⨯-⨯⨯⨯=∑= 最大承载力kN N N 4.10131013376521472491904==+= 【变化】若取消端焊缝，问?=N解：上题中令03=N ，622001⨯-=w l ,得kN N N 344.5051==【练习3】钢材为Ｑ235，手工焊，焊条为E43，2/160mm N f wf =，静态荷载。

双角钢2L125x8采用三面围焊和节点板连接，mm h f 6=，肢尖和肢背实际焊缝长度均为250mm 。

等边角钢的内力分配系数7.01=k ，3.02=k 。

求最大承载力?=N1068)9.342()22.11234(22≤=+f ff h h h 可以解得：mm h f 68.6≥，取mm h f 7=。

h h mm h f f f 2.16.5145.1max min ⨯=<<==【变化】上题条件如改为已知mm h f 8=?=N【练习5】钢材为Ｑ235，手工焊，焊条为E43，f wf 已知mm h f 8=，求连接能承受的最大荷载?=N 解：偏心距mm e 751002350=-=弯距：N M 75=8.3740)82350(87.02NN l h N w e N f =⨯-⨯⨯⨯=∑=σkN y x Ty N i i T x4.17754504751056.72262211=⨯+⨯⨯⨯=+=∑∑ kN y x Tx Nii Ty6.11754504501056.72262211=⨯+⨯⨯⨯=+=∑∑ kN N N N x 943641===kN V N V y 75.642741=== vV y T y N x T x N kN N N N N N <=+++=+++=∴15.32)75.66.11()94.17()()(222112111所以强度满足要求2两钢板截面为 －18×400 ，两面用盖板连接，钢材 Q235 ，承受轴心力设计值N=1181kN ，采用M22普通C 级螺栓连接，d 0 = 23.5mm ，按图示连接。

3.3 影响焊接残余应力的因素主要有哪些？减少焊接应力和变形的措施有哪些？答：在焊接过程中，由于不均匀的加热，在焊接区域产生了热塑性压缩变形，当冷却时焊接区要在纵向和横向收缩，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪和扭转等。

焊接残余变形包括纵、横向的收缩，弯曲变形，角变形和扭曲变形等。

为了减少焊接残余应力和变形可以采取以下措施：1）合理的焊缝设计，包括合理的选择焊缝尺寸和形式；尽可能的减少不必要的焊缝、合理的安排焊缝的位置、尽量避免焊缝的过分集中和交叉；尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。

2）合理的工艺措施，包括采用合理的焊接顺序和方向；采用反变形法减少焊接变形或焊接应力；锤击或碾压焊缝；对于小尺寸焊接构件可进行提前预热，然后慢慢冷却以消除焊接应力和焊接变形。

3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。

轴心拉力N=1500 kN，钢材Q345A，焊条E50型，手工焊，焊缝质量Ⅲ级。

解：直缝连接其计算长度：l w=500-2×10=480mm焊缝的正应力为：σ=Nl w t =1500×1000480×10=312.5N/mm2＞f t w=265N/mm2不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5：1，即56°焊缝长度l=500sin56°=603mm计算长度l w=603−2×10=583mm 故此时焊缝的正应力为：σ=Nsin θl w t=1500×1000×sin56°583×10=213N mm2⁄＜f t w=265N mm2⁄剪应力为：τ=Ncos θl w t=1500×1000×cos56°583×10=144N mm2⁄＜f v w=180N mm2⁄满足要求。

故设计斜焊缝，如图所示。

3.10 有一支托角钢，两边用角焊缝和柱相连，如图所示，钢材为Q345A，焊条为E50型，手工焊，已知柱翼缘厚20mm，外力N=400kN。

3.13如图所示梁与柱(钢材为Q235B )的连接中，M=100kN m,V=600kN,已知梁端板和柱翼缘厚均为14mm,支托厚20mm,试完成下列设计和验算(1)剪力V由支托焊缝承受，焊条采用E43型，手工焊，求焊缝A的高度hf。

(2)弯矩M由普通C级螺栓承受，螺栓直径24mm,验算螺栓是否满足要求。

解：(1)验算受剪承载力：a.确定焊脚高度板件边缘的角焊缝：t =20mm,h f m ax =20-(化2) =18mm;普通角焊缝:垢山=min(14, 20) = 14mm,h f max = 1.2 14= 16.8mm;则h fmax 二min(16.8, 20) = 16.8mm;t max =max(14,20) =20mm, h fmin =6mm;故取h f= 10mmb. he=0.7h f=0.7 10=7mm设承受静载，支托选用Q235B，则查表得角焊缝强度设计值f「=160Nfmm2采用三面围焊且为绕角焊对于水平焊缝，承受正应力，心=b = 300mmg =0.7h f l w i f f f w=0.7 10 300 1.22 160 10； =410kN;对于竖向焊缝，承受剪应力，l w2= 250mmN2=1.25V -弘=1.25 600-410 =340kN;3N 2340 102 0.7h f l w2一2 0.7 10 250要求。

故焊缝A的高度h f=10mm。

(2)验算抗弯承载力Y i =y2=600mm;y3=y4=500mm; y5=y6=300mm; y^y^200mm; y^y10 =100mm;查表得普通C级螺栓抗拉强度设计值f t b =170N'mm2；公称直径为24mm的普通螺2栓人=353mmN t b二代f t b=353 170 10； =60.1kNNd N t b故抗弯承载力满足要求(3)验算构造要求C级螺栓d0=d・(1U1.5)=24l5 = 25.5mm故满足构造要求3d0= 3 25.5 = 76.5 ： 100mm综合(2),(3)该螺栓满足要求= 97.143N. mm2：： =160N/mm2N1 N iy i2y iMy12y i3________ 100X10 X6002 (600250023002 20021002)40 kN;3.14试验算如图所示拉力螺栓连接的强度 。