中南大学钢结构课程设计(4)

2019-05-24 16:05

在弯矩作用下,焊缝应力分布为三角形。从应力分布来看,最危险点为“a”或者“b”点。 1).焊角尺寸

采用手工焊角焊缝,则有焊角尺寸应满足取t?30mm,hmin?1.530?8.22mm 又hmax?1.2t(其中t为较薄焊件的厚度),

hf?1.5t(其中t为较厚焊件尺寸),

t?10mm,hmax?1.2?12?14.4mm

取hf?12mm 2).焊缝截面特征

水平焊缝面积Af1?0.7?12?2????200?2?12???200?12?2?12????4760mm

2竖向焊缝面积Af2?0.7?12?2?600?10080mm 焊缝总面积

2Af?Af?1Af?214840mm

2构件截面对称,焊缝也对称,因此焊缝形心至水平板顶面的距离(y1)与焊缝形心至水平板

h底面的距离(y2)等于y=y1=y2=2=316mm

焊缝惯性矩

14?223?8?0.7?12?2?200?316?4?94?300?2??600?9.22?10??Ixmm12??4??200Iy?0.7?12???12?13?2?414??123?2?600?62??2.677?106mm 12?If?Ix?Iy?9.223?108mm

3).焊缝受力分析

根据最不利荷载计算出的内力,可知在短梁段与柱连接点处的最大内力可能出现两种情况: (N?0)

(1) “a”处应力为:

?

VfaM?0?My?faIf 517.7?161?03162??177.3N7mm89.22?310?a???M?fa????f???V2??Vfa??2??177.37????1.22?2??0?2?145.39Nmm2?fwf?200Nmm2

结论:“a”点应力满足要求。 (2)“b”处应力为:

?V?fbMAIf2252.68?103??25.097N100806mm2??fbMyf?517.71?10?(316?16)?168.39N9.223?1082

mm2?b???M?fb????f????fb?V2??168.39???25.097????1.22?22?140.290Nmm2?fwf?160Nmm2

结论:“b“点应力满足要求。

由以上计算可知采用全部双面角焊缝能满足设计的要求。

(二).框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点(高强螺栓连接) 1、计算螺栓连接处的内力

(1)由集中荷载产生的固端弯矩

取短梁段长度为1.0m,由计算得主梁在各种不利荷载组合下的内力图可知,距柱1.0m的短梁处,最大内力为:

M1V1mM01v01

梁端最大弯矩M1?Mmax?517.71KN?m , 对应工况下支座最大剪力为V1?252.98KN 弯矩:M?M1?V1a?264.73KN?m 剪力:V?V1?252.98KN 截面特性

84I?8.776?10mm毛截面惯性矩,由前已算出x

腹板惯性矩,

Ixw12?7003???2.585?108mm41212

twh028884I?I?I?8.887?10?2.858?10?5.918?10mmxfxxw翼缘惯性矩,

则分配到翼缘的弯矩

Mxf?Ixf5.918?M1??517.71?178.52kN?mIx8.776 Ixw2.858?M1??517.71?86.21kN?mIx8.776

分配到腹板上的弯矩

Mxw?⑵翼缘拼接设计

由于翼缘板处根据构造要求配置的螺栓数量远大于根据强度验算所需的数量,因而采用M20的10.9级摩擦型高强螺栓连接,孔径d0?20.5mm,

bN① v?0.9nf?P?0.9?2?0.45?155?125.55KN

nf——传力摩擦面数目为2

?——摩擦面的抗滑移系数,钢材采用Q235,喷砂??0.45

P——每个高强螺栓的预压应力,通过查阅钢结构设计规范, ② 梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目

nFb

根据翼缘所承受的弯矩,翼缘拼接板所传递的轴向力为

NfMxf178.52?103???243.88kNh732,

其中h为两翼缘形心间的距离。拼接板向边传递磁力所需螺栓的个数为

n?Nf243.88??1.9b125.55Nv

螺栓孔径取24mm,翼缘板的净截面面积为:

An?(200?2?20.5)?16?2544mm2

翼缘板所能承受的轴向力设计值为:

N?Anf?2544?215?10?3?546.94N

nFb?

N?3.53bNv

采用6个。 ○2翼缘外侧拼接连接板的厚度:

t1?t?3?0.5?16?3?11mmt?16mm ,翼缘外侧板的尺寸为:16?200?520mm3 2 取1③ 翼缘内侧拼接连接板的宽度和厚度:

b?200?12?2?12mm?82mm2

宽度:

厚度:

t2?tfbf4b?4?16?200?4mm?13.76mmt?16mm 4?82取23所以,内拼接板的尺寸为:16?82?520mm ④ 螺栓强度验算

上述计算表明螺栓强度满足,可不必进行验算。 (3)腹板拼接设计

○1梁腹板连接所需的高强螺栓数目

nwb:

采用10.9级摩擦型高强M20螺栓,起孔径为20.5mm,连接处的构件接触面的为喷砂处理方法,抗滑移系数:??0.45,预拉力为:P?155KN

Nvb?0.9nf?P?0.9?2?0.45?155?125.55KN

○2腹板两侧连接板的厚度:

t3?twhw?1?6.7mm2h取t3?12mm

腹板两侧连接板的尺寸不妨取为: 12?360?500 剪力

Vo 在螺栓群形心处所引起的附加弯矩:

'?3M?Va?252.98?90?10?22.77KN.m 0

修正后的弯矩:

'M?M?M86.21?22.7?7w?

10K8.N98 m.螺栓最大应力

N

M1x?My1?r2108.9?861?0200??89.6KN222224?40??412?0?42?00?1240

N

2M1y?Mx1?r2108.9?861?040?2224?40??412?0?42?00??17.9KN221240

N1vy?V252.98??21.08KNn12

vM?N1Mx???N1y?N1y??2?89.62???19.92?21.08?22?97.74KN?Nvb?125.55KN

故螺栓的连接强度满足要求。 ⑷螺栓的净截面强度验算: (1)翼缘板验算

Mf178.52?103?kN?249.33kN 翼缘板所受的轴力:N?h?t732?16??N?2544N/mm2?98.01N/mm2?215N/mm2 An(2)腹板验算

对腹板截面??—??比?—?净截面大,所以只需验算?—?净截面

An?10?700?6?12?20.5mm2?5524mm2

10?70003In??2?20.5?12??802?1602?mm4?3.273?108mm4

122In2?3.273?108Wn??mm3?9.35?105mm3

h70010?7002Sn??10?20.5??80?160?mm3?6.760?105mm3

8MW1?Mw?V?40?10?3?108.98?252.98?40?10?3kN?m?119.10kN?m 正应力:

Mw1119.10?106222 ?n??N/mm?127.38N/mm?f?215N/mmd5Wn9.35?10剪应力:?maxVSn252.98?103?6.760?105222 ??N/mm?43.54N/mm?f?125N/mmv8Int3.273?10?12翼缘和腹板强度均满足要求。

综上所述:螺栓连接处接触面采用喷砂处理,抗滑移系数为0.45。主梁短梁段与梁体的连接螺栓为10.9级M20摩擦型高强螺栓,孔径为20.5; (三).次梁与主梁工地拼接节点(高强螺栓连接) ○1、次梁与主梁的连接构造 次梁为简支梁,与主梁侧面连接。次梁通过5个10.9级M20摩擦型高强螺栓直接连接到主梁


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