灵山钢结构课后答案第三章（钢结构第三章课后答案）

钢结构课后答案第三章

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钢结构第三章部分习题参考答案（戴国欣第三版）

3.1 双角钢与节点板角焊缝连接设计

灵山‌条件‌：Q235B钢材，E43型焊条，手工焊，轴心力N=1000kN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊。
‌解答‌：

灵山

• ‌三面围焊‌：
  • 焊脚尺寸计算：取hf=8mm（满足1.5√tmin=6.7mm，tmin为较薄板厚）。
  • 焊缝长度：lw=298mm（通过承载力验算确定）。
  • 承载力验算：N=273.3kN（每条焊缝）< 1000kN/3条，满足要求。
• ‌两面侧焊‌：
  • 焊脚尺寸：hf=8mm。
  • 焊缝长度：lw=184mm（肢背）和374mm（肢尖），通过承载力验算满足。

‌关键点‌：三面围焊需均匀分配焊缝长度，两面侧焊需区分肢背/肢尖长度。

3.8 对接直焊缝轴心拉力设计值

‌条件‌：20mm厚钢板，E43型焊条，手工焊，Ⅲ级焊缝，引弧板。
‌解答‌：

灵山

• 焊缝抗拉强度设计值：ftw=182.75N/mm²（Ⅲ级焊缝）。
• 焊缝长度：lw=500mm（扣除引弧板）。
• 最大轴心拉力设计值：N=ftw×lw×h=182.75×500×20=1827.5kN。

‌关键点‌：引弧板需扣除长度，焊缝质量等级直接影响ftw取值。

3.9 焊接工字形梁拼接焊缝验算

灵山‌条件‌：Q235B钢材，E43型焊条，半自动焊，Ⅲ级检验标准，弯矩M=1122kN·m，剪力V=374kN。
‌解答‌：

灵山

• ‌焊缝几何特性‌：
  • 惯性矩Ix=268206cm⁴（通过截面计算）。
• ‌强度验算‌：
  • 正应力：σ=M×y/Ix（y为焊缝至中和轴距离）。
  • 剪应力：τ=V×Q/Ix（Q为静矩）。
  • 需满足√(σ²+3τ²)≤ftw（Ⅲ级焊缝）。

‌关键点‌：需计算焊缝截面几何参数，并组合应力验算。

灵山

3.10 斜对接焊缝设计

灵山‌条件‌：Q345A钢材，E50型焊条，手工焊，Ⅲ级焊缝，轴心拉力N=1500kN。
‌解答‌：

灵山

• ‌直缝不满足‌：σ=N/lw=312.5N/mm²>ftw=265N/mm²。
• ‌斜缝设计‌：
  • 斜角θ=56°（斜率1.5:1）。
  • 焊缝长度lw=603mm（扣除引弧板）。
  • 正应力σ=Nsinθ/lw=213N/mm²<ftw。
  • 剪应力τ=Ncosθ/lw=144N/mm²<fv=180N/mm²。

‌关键点‌：斜缝需同时验算正应力和剪应力。

3.11 牛腿角焊缝连接设计

‌条件‌：Q345A钢材，E50型焊条，手工焊，绕角焊缝，外力N=400kN。
‌解答‌：

灵山

• ‌等效荷载‌：剪力V=400kN，弯矩M=400×0.02=8kN·m。
• ‌焊缝参数‌：
  • 焊脚尺寸hf=10mm（满足hmin=6.7mm）。
  • 焊缝长度lw=200mm（绕角焊缝不扣除2hf）。
• ‌强度验算‌：
  • 正应力σ=M×y/Iw=85.7N/mm²。
  • 剪应力τ=V/∑hflw=142.9N/mm²。
  • 组合应力√(σ²+3τ²)=159.2N/mm²<ftw=200N/mm²。

‌关键点‌：绕角焊缝需考虑弯矩和剪力的共同作用。

灵山

常见问题解答

1. ‌焊缝质量等级选择‌：
   • Ⅲ级焊缝用于非重要结构，Ⅱ级用于重要结构（如梁柱节点）。
2. ‌焊脚尺寸限制‌：
   • 最小hf≥1.5√tmin（tmin为较薄板厚），最大hf≤1.2tmin（tmin为较厚板厚）。
3. ‌斜焊缝角度‌：
   • 常用60°~70°，需通过sinθ和cosθ计算应力分量。

注意事项

• 所有计算需根据《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）校核。
• 涉及动力荷载或疲劳时，需采用Ⅰ级或Ⅱ级焊缝。
• 实际工程中需考虑施工误差和焊缝缺陷的影响。

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