Q345级大圆孔高强度螺栓连接承压性能研究和设计建议

目的研究大圆孔高强度螺栓的受力性能和破坏模式,为此类高强度螺栓连接提供设计依据．方法利用经过验证的有限元模型,采用通用有限元软件ANSYS对含大圆孔承压型高强度螺栓连接进行分析,并对比欧洲规范和美国规范关于大圆孔的设计方法．结果欧洲规范是在原设计公式的基础上乘折减系数0．8;而美国钢结构规范中扩大孔则是套用原公式,标准孔和扩大孔带入不同的栓孔至板边缘净距,折减系数约为0．9,欧洲规范更加偏保守．有限元计算结果表明按照美国规范计算有部分连接偏于不安全,可能是与对破坏模式的预测不符造成的．结论根据有限元的计算结果,扩孔后螺栓连接的破坏模式没有发生变化,大圆孔承压设计值折减系数介于0．8-1．0,参考美国规范和欧洲规范中对高强度螺栓扩孔折减系数的规定,可偏保守的取0．8．     

铝合金板件不锈钢螺栓连接的高温承载性能分析

完成10个高温下铝合金板件不锈钢螺栓双剪连接试验,考虑芯板尺寸、盖板尺寸和螺栓规格的影响,试验温度分别为20、200和300℃,研究抗剪连接的破坏模式、变形性能和极限承载力.试验结果表明:温度会影响抗剪连接的破坏模式.采用ABAQUS建立数值分析模型,得到的数值分析结果与试验结果吻合良好.进一步研究温度、芯板宽度、芯板厚度、螺栓直径和螺栓端距等参数对连接承载力的影响,拟合得出铝合金板件不锈钢螺栓抗剪的高温承载力计算公式,并将拟合公式与试验结果进行对比,验证公式的有效性.     

铝合金构件螺栓连接承压性能分析与设计方法

研究了无预紧力作用时螺栓连接铝合金的孔壁承压性能,利用有限元软件ANSYS进行了参数分析,分析了两种在国内广泛应用的铝合金6061-T6511和5083-H321其端距、螺栓直径以及板厚等对承压性能的影响.随着端距的减小,螺栓连接的破坏模式从承压破坏逐渐变成端部剪切破坏;当螺栓端距e>3.5d0时,端距的增加对于承压强度的影响已比较小;铝合金板的承压强度与螺栓直径以及板厚大致呈线性关系变化;给出了铝合金螺栓连接在无预紧力并且1.5≤e/d0≤4情况下的承压强度公式.     

方钢管法兰连接承载性能的有限元分析

方管法兰连接的研究在国内几乎是空白,国内外的相关资料中也没有给出成熟的设计方法.在由屈服线理论推导得到的理论公式基础上,利用通用有限元软件ANSYS,分别对无加劲和有加劲方钢管法兰连接的承载性能进行了有限元分析,验证了理论公式的正确性与准确性.利用有限元计算结果,分析了螺栓个数n,法兰板厚度t以及螺栓边距参数η等参数对节点破坏形态和承载力的影响.提出如下设计建议：螺栓布置越接近钢管壁越好;提高无加劲和有加劲方钢管法兰连接节点承载力的最有效途径分别是增加螺栓个数和增加法兰板厚度;在无加劲法兰连接能满足承载力要求的条件下,应尽量避免采用有加劲法兰连接.     

铝合金板件螺栓连接承压强度试验与计算方法

螺栓连接是铝合金结构中最常用的节点形式,对铝合金板件螺栓连接节点的承压性能进行试验研究与分析是十分必要的。结合建筑结构领域常用的2种铝合金材料6061-T6和6063-T5,设定螺栓直径和端距为试验参数,总共对20个螺栓连接节点试件进行了加载试验,得出了节点试件的承压承载力以及荷载与螺栓孔变形的关系。利用ANSYS建立...     

铝合金构件普通螺栓抗剪连接设计方法

介绍了铝合金构件普通螺栓抗剪连接的设计方法,提出了铝合金构件螺栓连接的孔壁承压能力计算公式、螺栓抗剪公式以及长构件螺栓连接的折减系数公式,并给出了铝合金构件螺栓连接的构造要求.     

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力数值分析

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,建立ABAQUS有限元模型,探讨了端距、螺栓预拉力、波形对波纹板连接件承载力的影响.结果表明:为保证板件端部不被剪断,波纹板连接件的端距应不小于3d₀;当波纹板连接件发生孔壁承压破坏时,承载力随预拉力的增加而增加,承载力计算公式建议按中国平板连接计算公式乘以1.1的增大系数考虑;当发生螺杆剪切破坏时,预拉力对承载力影响较小,波纹板连接件承载力按平板连接计算公式计算.     

高温下不锈钢螺栓的材料性能试验研究

为了给建筑钢结构螺栓连接的抗火性能分析与抗火设计提供依据,对不锈钢螺栓高温下的力学性能进行试验研究,开展了两组不同等级不锈钢螺栓高温下的拉伸试验,得到了不同温度下不锈钢螺栓的全应力-应变曲线。对不锈钢螺栓高温下的弹性模量、屈服强度和极限强度进行分析,将试验结果与不锈钢母材和耐火钢螺栓在高温下力学性能进行了对比,并对比相关规范关于不锈钢母材的推荐值,提出了不锈钢螺栓高温下弹性模量、屈服强度和极限强度的折减模型。研究结果表明：不锈钢螺栓高温下的极限强度折减系数与欧洲规范EC3中对不锈钢母材的推荐值相近,弹性模量折减系数差距较大。温度低于650 ℃时,不锈钢螺栓相比不锈钢母材屈服强度下降更慢;温度在500～900 ℃时,不锈钢螺栓相比耐火钢螺栓强度和弹性模量下降更慢。     

木结构螺栓连接的承载能力——对国际标准化协会木结构设计规范螺栓连接计算公式的建议

作者在苏联学者B. M.柯契诺夫和黄绍胤同志研究工作的基础上,对木结构螺栓连接弹塑性工作原理作进一步的理论探讨,提出了"木结构螺栓联结的工作原理及计算公式"一文.在测定螺栓连接的承载能力之前,又进一步阐明了对称双剪连接"基型"的概念,并对相对承载力理论曲线的数理回归力程作了修正,采用分段表示法,使其与理论曲线更为接近.试验测定结果证明所提出的计算理论与螺栓连接的实际工作相符.并标定了螺栓连接中钢材塑性的利用系数,测定了木构件孔壁承压强度与顺纹受压强度的比值.在试验的基础上,进一步修正了设计计算公式,向国际标准化协会提出木结构螺拴连接计算公式的建议,这项公式具有要求明确、计算简便且能节约材料的优点.     

冷弯薄壁型钢单颗自攻螺钉抗剪连接性能研究

为研究中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）计算壁厚2mm以下钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的适用性和钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法,对钢板-钢板、钢板-石膏板以及钢板一定向刨花板（OSB板）连接件共计34个试件进行了试验研究,分析了板材类型、螺钉端距等因素对连接件抗剪承载力的影响,并将中国规范、英国规范和北美AISIS100—12规范计算结果与试验结果进行对比分析,最后提出钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承栽力设计方法。研究结果表明：钢板-OSB板、钢板-石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏,且具有明显的方向性;随螺钉端距的增大,试件抗剪承栽力有所提高;中国规范GB50018-2002适用于壁厚2mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算,且偏于安全。     

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力模型研究

不锈钢管混凝土结构因具有良好的耐腐蚀性能和承载力高等优点,在海洋平台、桥梁、地下工程中具有极佳的应用前景,但是其承载力计算方法却没有明确的相关规定。为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力,对不同径厚比的奥氏体型无缝圆不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到圆不锈钢管混凝土短柱在轴压下的破坏模式、荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、承载力与不锈钢圆管约束系数的关系、试件的延性与不锈钢圆管约束系数的关系;同时,基于本文和相关文献的试验数据,通过拟合得到了圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并与欧洲规范(Eurocode 4)、美国规范(ACI 318-99)、日本规范(AIJ-CFT)、中国规程(CECS 28:2012)、福建省地方标准(DBJ 13-51-2003)、行业标准(DL/T5085-1999)的计算结果进行对比分析;最后,由拟合公式推导得出了圆不锈钢管混凝土抗压承载力模型,并与Mander模型、Li模型、Xiao模型、Teng模型进行比较。研究结果表明：圆不锈钢管混凝土短柱在轴压作用下,其典型的破坏形式为向外局部屈曲破坏,不锈钢管对核心混凝土的约束作用、试件的延性和承载力随约束效应系数的增加而增大;相关规程中普通钢管混凝土承载力计算方法应用于圆不锈钢管混凝土短柱承载力计算时偏小,采用本文拟合公式的计算结果更接近试验值;同时,本文的圆不锈钢管混凝土承载力模型、Xiao模型和Teng模型与试验结果较接近,但采用本文模型计算结果标准差更小,得出的圆不锈钢管混凝土短柱承载力较Xiao模型和Teng模型稍微偏大。     

钢骨-组合L形钢管混凝土柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨组合L形钢管混凝土短柱的核心混凝土、型钢钢骨在三向受压应力状态下的轴向极限承载力进行分析;根据截面形状组成特点,将L形钢管分为一个矩形和一个方形,通过考虑宽厚比对钢管的影响和引入考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将钢管长短边非均匀约束等效为环向均匀约束,推导并建立了轴压短柱的承载力公式;在此基础上,参照钢结构设计规范,建立了中长柱轴压承载力公式。计算结果与试验结果吻合较好,验证了理论公式的正确性,并进行了短柱轴压承载力参数分析,得到了参数k及材料拉压比α、含骨率ρ对承载力的影响。结果表明：该计算式具有良好的适用性和广泛的应用性,对试验所提出的公式进行了理论上的补充。     

螺栓连接装配式墙板抗侧刚度研究

螺栓连接装配式墙板体系具有连接简单、建造快速的优势,工程应用逐渐增多。本文以两种常见的螺栓连接装配式墙板(钢板拼接式螺栓连接和穿缝式螺杆连接)为研究对象,进行了7片墙板的拟静力试验,结果显示：螺栓连接装配式墙板由于水平缝处张开,墙体发生刚性转动,导致抗侧刚度下降;通过理论分析和数值模拟,揭示了螺栓连接装配式墙板水平变形特性,分析了影响墙体抗侧刚度下降的因素,提出了螺栓连接装配式墙板的抗侧刚度计算公式,数值分析与试验结果验证了公式的可靠性;基于参数分析的研究结果,回归了考虑螺栓节点配钢率、墙体的高宽比、轴压比和节点相对位置四个参数在内的干式螺栓连接装配式墙板抗侧刚度降低系数的简化计算公式,该简化公式的计算结果与数值模拟的结果误差在±20%之内,表明预测结果较为准确。     

钢管混凝土组合柱受剪承载力分析模型

目前,有关钢管混凝土组合柱构件受剪承载力的试验研究、理论模型及计算方法尚少。为此,基于组合柱受剪试验研究,探讨桁架-斜压场理论用于计算受剪承载力的适用性,并与中国规范T/CECS 188、美国规范AISC、欧洲规范EC4进行对比分析。其中修正桁架-斜压场模型是基于管内外混凝土不同约束条件,以钢管为界划分构件截面区域,提出能够考虑轴压力作用下,钢管约束对管内混凝土强度影响的受剪承载力计算方法。研究表明：桁架-斜压场理论分析方法的计算结果与36组试验数据吻合度高,不仅能够较好反映组合柱构件的受剪机理,且模型计算敏感性受剪跨比、体积配箍率、混凝土强度、轴压比、套箍指标和钢管径厚比等变化参数的影响不大,绝大部分试件的计算值与试验值比值介于0.85~1.15;采用中国规范T/CECS 188计算值普遍低于试验值,未能准确预估构件的实际承载力;采用美国规范AISC、欧洲规范EC4的计算值的离散性较大。     

不锈钢箱形轴压构件整体稳定承载力计算方法

为研究不锈钢箱形轴心受压构件的整体稳定承载力,采用ANSYS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了所建立有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对具有不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行参数分析,通过对比确定材料力学性能、构件长细比为影响承载力的主要因素.在参数分析的基础上,依据稳定承载力的数据拟合结果提出了整体稳定系数的三段式计算方法,并将该计算方法与试验数据进行对比,表明此计算方法可较准确地计算不锈钢箱形轴心受压构件整体稳定承载力.     

CFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验,研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响,得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明：与CFDST试件相比,CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高,且贴布层数越多,钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式,并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式,该计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

重组竹螺栓连接节点承载能力计算分析

基于重组竹螺栓连接承载性能,分析评价了现有木结构设计规范对重组竹螺栓连接承载能力预测的适用性.采用正交设计法对16组48个重组竹钢夹板单螺栓连接节点试样进行试验,验证了Foshci理论模型对重组竹钢夹板单螺栓连接节点的适用性,揭示了螺栓直径、端距及主构件厚度等因素对节点承载能力的影响规律,分析了GB 50005和Eur...     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明：所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。