3.1 试设计图所示的用双层盖板和角焊缝的对接连接。采用Q235钢，手工焊，焊条为E4311，轴心拉力N＝1400KN(静载，设计值)。主板-20×420。 解 盖板横截面按等强度原则确定，即盖板横截面积不应小于被连接板件的横截面积．因此盖板钢材选Q235钢，横截面为-12×400，总面积A1为
22
A1＝2×12×400＝9600mm＞A＝420×20＝8400mm直角角焊缝的强度设计值ffw＝160N／mm(查自附表1.3)
2
角焊缝的焊脚尺寸：较薄主体金属板的厚度t＝12mm，因此，hf,max= t-2= 12-2=10mm；较厚主体金属板的厚度t＝20mm，因此，hf,min＝1.5t＝1.520＝6.7mm?7mm，所以，取角焊缝的焊脚尺寸hf＝10mm，满足：hf,max≥hf ≥hf,min
a)采用侧面角焊缝时 因为b＝400mm＞200mm(t＝12mm)因此加直径d＝15mm的焊钉4个，由于焊钉施焊质量不易保证，仅考虑它起构造作用。
1020020010102002001010101010N340340NN909020(b)10121220101212(a)侧面角焊缝的计算长度lw为
lw＝N／(4hfffw)＝1.4×106／(4×0.7×10×160)＝312.5mm
满足lw,min= 8hf= 8×10 ＝80mm＜lw＜60hf＝60×10＝600mm条件。 侧面角焊缝的实际长度lf为
lf＝lw+ 2hf＝312.5＋20＝332.5mm,取340mm 如果被连板件间留出缝隙10mm，则盖板长度l为 l = 2lf+10 = 2×340+10 = 690mm
b)采用三面围焊时 正面角焊缝承担的力N3为
N3＝heBβfffw×2＝0.7×10×400×1.22×160×2＝1.093×106N 侧面角焊缝的计算长度lw为
lw＝(N-N3)／(4heffw)＝(1.4×106-1.093×106)/(4×0.7×10×160)＝69mm lw=80mm ?lw,min＝ 8hf＝8×10＝80mm，取lw=lw,min=80mm
由于此时的侧面角焊缝只有一端受起落弧影响，故侧面角焊缝的实际长度lf为 lf＝lw＋hf = 80＋10 ＝ 90mm，取90mm，则盖板长度l为 l＝2lf+10＝2×90十10＝190mm
3.2 如图为双角钢和节点板的角焊缝连接。Q235钢，焊条E4311。手工焊，轴心拉力N＝700KN(静载，设计值)。试：1)采用两面侧焊缝设计.(要求分别按肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸和不同焊缝尺寸设计)； 2)采用三面围焊设计。 解 角焊缝强度设计值ff＝160／mm,t1=10mm,t2=12mm
2
whf?min?1.5t?1.512?5.2mm?6mm
hf?max?1.2t?1.2?12?14.4mm?15mm(肢背)；和hf?max?t??1~2?＝10-?1~2? ＝?9~8?mm(肢尖)。因此，在两面侧焊肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸时，取hf＝hf1＝hf2＝8mm；在两面侧焊肢背和肢尖采用不同焊脚尺寸时，取hf=hf1＝10mm, hf=hf2＝8mm；在三面围焊时，取hf ＝hf1＝hf2＝hf3＝6 mm。均满足hf?min≤hf＜hf?max条件。 1)采用两面侧焊，并在角钢端部连续地绕角加焊2hf
a)肢背和肢尖采用相同焊脚尺寸时:
N1?k1N2＝0.65×7×105／2＝2.275×105N N2?k2N2＝0.35×7×105／2＝1.225×105N
需要的侧面焊缝计算长度为
lw1?N1heffw＝2.275×105／(0.7×8×160)＝254mm
lw2?N2则
???hf?＝1.225×10／(0.7×8×160)＝137mm
w5
eflw1?254mm??8hf?8?8?64mm 均满足要求 ?lw2?137mm??60hf?60?8?480mm肢背上的焊缝实际长度lf1和肢尖上的焊缝实际长度lf2为
lf1＝lw1+hf=254＋8＝262 mm，取270 mm lf2＝lw2+hf=137＋8＝145 mm，取150 mm
b)肢背和肢尖采用不同焊脚尺寸时:
N1＝2.275×105N N2＝1.225×105N
需要的侧面焊缝计算长度为
lw1?N1heffw＝2.275×105／(0.7×10×160)＝203mm
lw2?N2则
???hf?＝1.225×10／(0.7×8×160)＝137mm
w5
eflw1?203mm??8hf?8?8?64mm 均满足要求 ?lw2?137mm??60hf?60?8?480mm肢背上的焊缝实际长度lf1和肢尖上的焊缝实际长度lf2为
lf1＝lw1+hf=203＋8＝211 mm，取220 mm lf2＝lw2+hf=137＋8＝145 mm，取150 mm
2)采用三面围焊
正面角焊缝承担的力N3为，
N3＝2×0.7hf3bβfffw＝2×0.7×8×100×1.22×160＝2.186×105N
肢背和肢尖上的力为
N1?k1N?N32＝0.65×7×105-2.186×105／2＝3.457×105N N2?k2N?N32＝0.35×7×105-2.186×105／2＝1.357×105N
所需侧面焊缝计算长度为
lw1?N12heffw＝3.457×105／(2×0.7×8×160)＝193mm lw2?N22heffw＝1.357×105／(2×0.7×8×160)＝76mm
lw1?193mm??8hf?8?8?64mm?则 ?? 均满足要求。
lw2?76mm??60hf?60?8?480mm?肢背上的焊缝实际长度lf1和肢尖上的焊缝实际长度lf2为
????lf1＝lw1+hf＝193＋8＝201mm，取210mm lf2＝lw2＋hf＝76＋8＝84mm，取90mm
3.3 节点构造如图所示。悬臂承托与柱翼缘采用角焊缝连接，Q235钢，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸hf＝8mm。试求角焊缝能承受的最大静态和动态荷载N。 解 a)几何特性 确定焊缝重心o的坐标为
2?0.7?8?(80?8)22x??15mm
0.7?8?2?72?200?Iwx=0.7×8(2003/12+2×72×1002)=1.18×107mm4
Iwy=0.7×8[200×152 +2×723/12+2×72×(72/2-15)2]=9.56×105mm4 Io=Iwx+Iwy=1.18×107+9.56×105=1.27×107mm4
b)内力计算
T＝Ne＝N(a＋l1-x)＝N(80＋150-15)＝215N V＝N c)焊缝验算
τf?T?TryIo＝215N×100／(1.27×107)＝1.69×10-3N σf?T?TrxIo＝215N×(72-15)／(1.27×107)＝9.65×10-4N σf?V?V?helw?＝N／[0.7×8(200+72×2)]＝5.19×10-4N
??f?T??f?V?22w代入下式,????f?T?ff?160Nmm，
βf??当承受静载时?f?1.22，解得N=76.84KN 当承受动载时?f?1.0，解得N=71.14KN
3.4 试设计图所示牛腿中的角焊缝。Q235钢，焊条E43型，手工焊，承受静力荷载N
2＝100KN(设计值)。
解 角焊缝的强度设计值ffw＝160N／mm
2
取焊脚尺寸hf＝8mm。满足hf,min＝1.5t＝1.512＝5.2mm?6mm＜hf＜hf?max＝1.2t＝1.2×12=14.4mm条件。每条焊缝的计算长度均大于8hf而小于60hf。 a)内力
M?Fe＝1.0×105×150＝1.5×107Nmm V?F＝1×105N b)焊缝的截面几何特性 确定焊缝形心坐标为：
x?2?0.7?8?200?(100?12)?0.7?8?(150?12)?12?67.5mm
0.7?8?150?(150?12)?2?200?焊缝有效截面对x轴的惯性矩Iwx为
Iwx＝0.7×8[150×67.52＋(150-12)×（67.5-12）2+2×2003/12＋2×200×（100+12-67.5）
2
]
7
4
=1.81×10mm
Ww..min＝Iwx／67.5＝1.81×107/67.5=2.68×105mm3 腹板右下角焊缝有效截面抵抗矩Ww.1为
Ww.1＝Iwx／（212-67.5）＝1.81×107／144.5＝1.25×105mm3
c)验算
在弯矩作用下的角焊缝按 [3.11(c)]式验算
σf?m?MWw?min? 1.81×107／(2.68×105)＝55.9N／mm2＜ffw＝160N／mm2
牛腿腹板右下角焊缝既有较大的弯曲正应力，又受剪应力，属平面受力，按 [3.11(d)]式验算该点的强度。其中
?f?m1?MWw1? 1.81×107／(1.25×105)＝120N／mm2
τf.V?V?2helw?＝1×105／(2×0.7×8×200)＝44.6N／mm2
代入 [3.11(d)]式，得
??f?m1?2????f?V??βf?2?1221.22?2?44.62?108Nmm2?ffw＝160N／mm2 可靠
3.5 条件同习题3.1，试设计用对接焊缝的对接连接。焊缝质量Ⅲ级。
解 构件厚度t＝20mm，因直边焊不易焊透，可采用有斜坡口的单边V或V形焊缝 (1)当不采用引弧板时：
?f?N?tlw??1.4?106?20?(420?2?20)??184N?mm?ftw?175N?mm
所以当不采用引弧板时，对接正焊缝不能满足要求，可以改用对接斜焊缝。斜焊缝与作用力的夹角为θ满足tanθ≤1.5，强度可不计算。 (2)当采用引弧板时：
?f?N?tlw??1.4?106(20?420)?167N?mm?ftw?175N?mm
所以当采用引弧板时，对接正焊缝能满足要求。
3.6 试设计如图3.71所示a)角钢与连接板的螺栓连接；b)竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。Q235钢，螺栓为C级螺栓，采用承托板。
解 查附表, C级螺栓的fvb＝140N／mm，Q235钢的fcb＝305N／mm，f＝215N／mm 。
2
2
2
确定螺栓直径
根据附表在∟100×8上的钉孔最大直径为24mm，线距e＝55mm。据此选用M20，孔径21mm,端距为50mm＞2d0＝2×21＝42mm并＜8t＝8×8＝64mm(符合要求)；栓距为70mm＞3d0＝3×21＝63mm并＜12t＝12×8＝96mm(符合要求)。 b)一个C级螺栓承载力设计值为
Nvb＝?nvfvb?d24＝2×140×3.14×202／4＝8.792×104N Ncb＝?d??t?fcb＝20×14×405＝8.54×104N
所以承载力N＝8.54×10N
4
bc)确定螺栓数目
l1＝4×70＝260mm＜15d0＝15×21＝315mm ，?＝1.0
n?N54
＝4.0×10／(8.54×10)＝4.7，取5个。 b?Nd)构件净截面强度验算
An＝A-nd0t＝3127—2×21×8＝2791mm
??NA＝4.0×105／2791＝143.3N／mm2＜f＝215N／mm2,符合要求。
竖向连接板同翼缘的连接
选用螺栓M20，布置螺栓时使拉杆的轴线通过螺栓群的形心，由于采用承托板，可不考虑剪力的作用，只考虑拉力的作用。 承担内力计算
将力F向螺栓群形心O简化，得：
N?Fcos450=4.0×105×0.707＝283 kN
单个螺栓最大拉力计算：
Ntb?ftb?de2/4?170?3.14?202/4?5.34?104N
确定螺栓数目：
n?
N54?2.83?10/5.34?10?5.3 个， 取n=6个 bNt