3.1 試設計圖所示的用雙層蓋板和角焊縫的對接連線。採用q235鋼,手工焊,焊條為e4311,軸心拉力n=1400kn(靜載,設計值)。主機板-20×420。
解蓋板橫截面按等強度原則確定,即蓋板橫截面積不應小於被連線板件的橫截面積.因此蓋板鋼材選q235鋼,橫截面為-12×400,總面積a1為
a1=2×12×400=9600mm2>a=420×20=8400mm2
直角角焊縫的強度設計值=160n/mm2(查自附表1.3)
角焊縫的焊腳尺寸:較薄主體金屬板的厚度t=12mm,因此, = t-2= 12-2=10mm;較厚主體金屬板的厚度t=20mm,因此,=1.5=1.
5=6.7mm7mm,所以,取角焊縫的焊腳尺寸=10mm,滿足:≥≥
a)採用側面角焊縫時因為b=400mm>200mm(t=12mm)因此加直徑d=15mm的焊釘4個,由於焊釘施焊質量不易保證,僅考慮它起構造作用。
側面角焊縫的計算長度為
=n/(4)=1.4×106/(4×0.7×10×160)=312.5mm
滿足= 8= 8×10 =80mm<<60=60×10=600mm條件。
側面角焊縫的實際長度為
=+ 2=312.5+20=332.5mm,取340mm
如果被連板件間留出縫隙10mm,則蓋板長度為
= 2+10 = 2×340+10 = 690mm
b)採用三面圍焊時正面角焊縫承擔的力為
=b×2=0.7×10×400×1.22×160×2=1.093×106n
側面角焊縫的計算長度為
=(-)/(4)=(1.4×106-1.093×106)/(4×0.7×10×160)=69mm
=80mm= 8=8×10=80mm,取==80mm
由於此時的側面角焊縫只有一端受起落弧影響,故側面角焊縫的實際長度為
=+= 80+10 = 90mm,取90mm,則蓋板長度為
=2+10=2×90十10=190mm
3.2 如圖為雙角鋼和節點板的角焊縫連線。q235鋼,焊條e4311。
手工焊,軸心拉力n=700kn(靜載,設計值)。試:1)採用兩面側焊縫設計.
(要求分別按肢背和肢尖採用相同焊腳尺寸和不同焊縫尺寸設計); 2)採用三面圍焊設計。
解角焊縫強度設計值=160/mm2,t1=10mm,t2=12mm
(肢背);和=10-
=mm(肢尖)。因此,在兩面側焊肢背和肢尖採用相同焊腳尺寸時,取===8mm;在兩面側焊肢背和肢尖採用不同焊腳尺寸時,取==10mm, ==8mm;在三面圍焊時,取====6 mm。均滿足≤<條件。
1)採用兩面側焊,並在角鋼端部連續地繞角加焊2
a)肢背和肢尖採用相同焊腳尺寸時:
=0.65×7×105/2=2.275×105n
=0.35×7×105/2=1.225×105n
需要的側面焊縫計算長度為
=2.275×105/(0.7×8×160)=254mm
=1.225×105/(0.7×8×160)=137mm
則均滿足要求
肢背上的焊縫實際長度和肢尖上的焊縫實際長度為
=+=254+8=262 mm,取270 mm
=+=137+8=145 mm,取150 mm
b)肢背和肢尖採用不同焊腳尺寸時:
=2.275×105n1.225×105n
需要的側面焊縫計算長度為
=2.275×105/(0.7×10×160)=203mm
=1.225×105/(0.7×8×160)=137mm
則均滿足要求
肢背上的焊縫實際長度和肢尖上的焊縫實際長度為
=+=203+8=211 mm,取220 mm
=+=137+8=145 mm,取150 mm
2)採用三面圍焊
正面角焊縫承擔的力為,
=2×0.7b=2×0.7×8×100×1.22×160=2.186×105n
肢背和肢尖上的力為
=0.65×7×105-2.186×105/2=3.457×105n
=0.35×7×105-2.186×105/2=1.357×105n
所需側面焊縫計算長度為
=3.457×105/(2×0.7×8×160)=193mm
=1.357×105/(2×0.7×8×160)=76mm
則均滿足要求。
肢背上的焊縫實際長度和肢尖上的焊縫實際長度為
=+=193+8=201mm,取210mm
=+=76+8=84mm,取90mm
3.3 節點構造如圖所示。懸臂承托與柱翼緣採用角焊縫連線,q235鋼,手工焊,焊條e43型,焊腳尺寸hf=8mm。試求角焊縫能承受的最大靜態和動態荷載n。
解 a)幾何特性
確定焊縫重心的座標為
=0.7×8(2003/12+2×72×1002)=1.18×107mm4 =0.
7×8[200×152 +2×723/12+2×72×(72/2-15)2]=9.56×105mm4
=+=1.18×107+9.56×105=1.27×107mm4
b)內力計算
t=ne=n(a+l1-)=n(80+150-15)=215n
v=nc)焊縫驗算
=215n×100/(1.27×107)=1.69×10-3n
=215n×(72-15)/(1.27×107)=9.65×10-4n
=n/[0.7×8(200+72×2)]=5.19×10-4n
代入下式, ,
當承受靜載時,解得n=76.84kn
當承受動載時,解得n=71.14kn
3.4 試設計圖所示牛腿中的角焊縫。q235鋼,焊條e43型,手工焊,承受靜力荷載n=100kn(設計值)。
解角焊縫的強度設計值=160n/mm2
取焊腳尺寸=8mm。滿足=1.5=1.5=5.2mm<<=1.2t=1.2×12=14.4mm條件。每條焊縫的計算長度均大於8而小於60。
a)內力
=1.0×105×150=1.5×107nmm
=1×105n
b)焊縫的截面幾何特性
確定焊縫形心座標為:
焊縫有效截面對x軸的慣性矩為
=0.7×8[150×67.52+(150-12)×(67.5-12)2+2×2003/12+2×200×(100+12-67.5)2]
=1.81×107mm4
=/67.5=1.81×107/67.5=2.68×105mm3
腹板右下角焊縫有效截面抵抗矩為
=/(212-67.5)=1.81×107/144.5=1.25×105mm3
c)驗算
在彎矩作用下的角焊縫按 [3.11(c)]式驗算
1.81×107/(2.68×105)=55.9n/mm2<=160n/mm2
牛腿腹板右下角焊縫既有較大的彎曲正應力,又受剪應力,屬平面受力,按 [3.11(d)]式驗算該點的強度。其中
1.81×107/(1.25×105)=120n/mm2
=1×105/(2×0.7×8×200)=44.6n/mm2
代入 [3.11(d)]式,得
=160n/mm2 可靠
3.5 條件同習題3.1,試設計用對接焊縫的對接連線。焊縫質量ⅲ級。
解構件厚度t=20mm,因直邊焊不易焊透,可採用有斜坡口的單邊v或v形焊縫
(1)當不採用引弧板時:
所以當不採用引弧板時,對接正焊縫不能滿足要求,可以改用對接斜焊縫。斜焊縫與作用力的夾角為θ滿足tanθ≤1.5,強度可不計算。
(2)當採用引弧板時:
所以當採用引弧板時,對接正焊縫能滿足要求。
3.6 試設計如圖3.71所示a)角鋼與連線板的螺栓連線;b)豎向連線板與柱的翼緣板的螺栓連線。q235鋼,螺栓為c級螺栓,採用承托板。
解查附表, c級螺栓的=140n/mm2,q235鋼的=305n/mm2,=215n/mm2 。
確定螺栓直徑
根據附表在∟100×8上的釘孔最大直徑為24mm,線距e=55mm。據此選用m20,孔徑21mm,端距為50mm>2=2×21=42mm並<8t=8×8=64mm(符合要求);栓距為70mm>3=3×21=63mm並<12t=12×8=96mm(符合要求)。
b)乙個c級螺栓承載力設計值為
==2×140×3.14×202/4=8.792×104n
==20×14×405=8.54×104n
所以承載力=8.54×104n
c)確定螺栓數目
=4×70=260mm<15=15×21=315mm ,=1.0
=4.0×105/(8.54×104)=4.7,取5個。
d)構件淨截面強度驗算
=-nt=3127—2×21×8=2791mm
=4.0×105/2791=143.3n/mm2<=215n/mm2,符合要求。
豎向連線板同翼緣的連線
選用螺栓m20,布置螺栓時使拉桿的軸線通過螺栓群的形心,由於採用承托板,可不考慮剪力的作用,只考慮拉力的作用。
承擔內力計算
將力f向螺栓群形心o簡化,得:
=4.0×105×0.707=283 kn
單個螺栓最大拉力計算:
確定螺栓數目:
個, 取n=6個
3.7 按摩擦型高強度螺栓設計習題3.6中所要求的連線(取消承托板)。高強度螺栓10.9級,m20,接觸面為噴砂後生赤鏽。
解 a)角鋼與節點板的連線設計
q235鋼噴砂後生赤鏽處理時μ=0.45.
10.9級m20螺栓預拉力p=155kn,m20孔徑為22mm
①單個螺栓抗剪承載力設計值
0.9×2×0.45×1.55×105 =1.256×105n
②確定螺栓數目
個,取4個。
對2∟100×8的連線角鋼,採用單列布置,取線距e1=55mm,取端距為50mm,栓距為70mm,滿足表3.4的要求。
沿受力方向的搭接長度=3×70=210mm<15d0=15×22=330mm,不考慮折減。
截面強度驗算
=(1-0.5×1/4)×4.0×105/(3127-2×22×8)
=126.1 n/mm2<=215 n/mm2 合格
b)豎向連線板同翼緣的連線
①承擔內力計算
將力f向螺栓群形心o簡化,得
=4.0×105×0.707=283 kn
==4.0×105×0.707=283 kn
單個螺栓受剪承載力設計值為:
式中nt為每個高強度螺栓承受的剪力,,n為所需螺栓的個數。
確定螺栓的個數:
解得n=6.7 取8個, 分兩列,每列4個
3.8 按承壓型高強度螺栓設計習題3.6中所要求的連線(取消承托板)。高強度螺栓10.9級,m20,接觸面為噴砂後生赤鏽,剪下面不在螺紋處。
解 a)角鋼與節點板的連線設計
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