焊缝补强型栓焊并用连接建议设计方法

我国JGJ 82—2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》提出了栓焊并用连接的设计方法。国内外学者通过试验研究也提出了相应的设计公式。通过对焊缝补强型栓焊并用连接的试验研究和有限元软件分析,提出了该连接方式的建议公式;并与国外试验研究的建议公式及规范公式计算结果相比,结果表明提出的建议公式具有较好的针对性和安全性。     

《钢结构高强度螺栓连接技术规程》修订内容简述

《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ 82—2011)已于2011年10月1日实施,与91版规程相比,修订版补充了扩大孔连接、撬力计算及栓焊并用接头等多项新内容。简要介绍了《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ 82—2011)的修订概况及新增内容的依据与规定要点,以及需要继续完善的内容。     

摩擦型高强度螺栓与侧焊缝并用连接承载力有限元分析

目前《钢结构高强度螺栓连接技术规程JGJ82-2011》中提出了栓焊并用的连接形式,即在一个连接接点中,螺栓连接和焊缝连接同时承担同一剪力的连接接头形式。为研究摩擦型高强度螺栓与侧面贴角焊缝并用连接的接头承载力,通过螺栓与焊缝抗剪设计强度比值不同的有限元算例,讨论了不同栓焊强度比值下并用连接的破坏模式和承载力组成,拟合了承载力计算建议公式,并进行了不同螺栓规格和焊脚尺寸的参数分析。结果当摩擦型高强度螺栓强度与侧焊缝强度比值在0.85左右时,两者强度均能充分发挥,其他比值下,强度较高者有不同程度的浪费。栓焊并用连接承载力可近似用两种连接各自的受剪承载力的线性组合表达。结论栓焊并用接头可提高连接的承载力,用于工程加固改造中。     

加固用栓焊并用连接受力性能有限元分析

在《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82征求意见稿)中,提出了加固用栓焊并用的连接形式,即在一个连接节点中,摩擦型高强度螺栓连接和角焊缝焊接连接并用,且承受同一剪切荷载作用。这一连接方式能够很大程度上提高连接的抗剪强度,当采用螺栓连接设计不足或是使用荷载增大等情况下,栓焊并用连接是一种有效的加固方法。通过有限元算例,讨论了不同的焊缝形式以及不同焊缝尺寸等对栓焊并用连接抗剪性能的影响,并与征求意见稿中的公式进行了比较。     

加固用钢结构栓焊并用连接承载性能有限元分析

目的:对栓焊并用连接节点的受力性能进行有限元模拟,分析栓焊并用连接的承载性能。方法:对栓焊并用连接节点的受力性能进行有限元模拟,有限元模拟结果与试验数据进行对比分析,吻合较为良好。基于有限元计算结果进一步分析了栓焊并用连接节点的破坏模式和承载力,分析了螺栓和焊缝各自对承载力的贡献程度。结果:当栓焊并用节点中螺栓或焊缝其中一种连接形式的承载力明显高于另一种时,强度较低的连接形式首先发生破坏,承载能力基本充分发挥;强度较高的连接形式的承载能力不能得到充分的发挥。栓焊强度比是影响栓焊并用连接承载性能的重要指标,在节点设计中应考虑栓焊强度比的影响。结论:栓焊并用连接节点兼具高强度螺栓连接和焊接连接的优点,在钢结构节点加固改造工程中有很大的应用空间。     

论高强度螺栓连接的分类和抗拉连接的计算

高强度螺栓连接分为摩擦型和承压型两类,是依照受剪螺栓连接的两种不同极限状态划分的。《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)(简称03规范)不恰当地把受拉螺栓连接也纳入这两种分类,造成混乱。对此进行讨论,并提出改变分类的建议。受拉螺栓连接中螺栓通常要承受撬力。03规范不直接计算撬力,而是采用降低螺栓抗拉承载力设计值的方法,计算不够精确。《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ 82-2011)虽然给出撬力计算方法,但存在值得商榷之处。在分析的基础上推出撬力的简化计算公式,并提出梁、柱之间抗弯连接的计算方法。最后,还提出了提高高强度螺栓抗拉承载力设计值的建议。     

钢结构端板连接高强度螺栓施拧顺序的试验研究

近十几年来，多层钢框架和门式刚架轻型房屋钢结构在我国广泛应用，端板连接也大量采用。关于钢结构端板连接中高强度螺栓的施工顺序，《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》(JGJ82—1991，以下简称规程)提出应由螺栓群中央顺序向外拧紧。本文通过对8个钢结构梁柱端板连接试件中高强度螺栓施拧过程的监测，对施拧顺序进行了试验研究。     

钢结构抗拉高强度螺栓设计方法比较分析

抗拉高强度螺栓具有强度高,施工便捷,且避免现场焊缝带来的不利影响等优点,在钢结构连接节点中广泛采用.目前我国现行《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)、《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82—2011)关于抗拉高强度螺栓拉力计算模型及撬力计算的设计方法略有差异,一些文献对以上两规范的抗拉高强度螺栓拉力及撬力计算方法进行了研究分析.针对以上抗拉高强度螺栓设计方法的特点及异同进行了比较分析,并通过有限元、试验、算例结果进行比较验证.研究结果可给工程设计人员提供直观的参考.     

钢框架梁柱栓焊混合连接计算方法的探讨

翼缘焊接腹板栓接的梁柱栓焊混合刚性节点是钢框架梁柱现场连接的主要形式之一,该节点需满足"强节点"的设计原则.传统的栓焊混合节点计算仅考虑翼缘抗弯和腹板抗剪,《高层民用建筑钢结构设计规范》(JGJ 99-2015)借鉴日本规范,给出了钢梁腹板承担梁端弯矩的计算方法.基于常用的热轧型钢截面,对比了考虑翼缘与腹板均参与抗弯的栓焊节点新算法与仅考虑翼缘抗弯的传统算法之间的差别.结果表明:腹板对梁柱节点的极限抗弯承载力提高有限,腹板抗弯承载力占梁柱连接的极限抗弯承载力的比值为8％～14％;对常用HN型钢,即便考虑腹板抗弯,仍然无法满足《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)公式(8.2.1-1)Mju≥αMp,还需要采用加强型连接或狗骨式节点.由于腹板螺栓的抗弯中心距明显小于翼缘的抗弯中心距,用腹板螺栓抗弯不太经济.腹板配置受弯螺栓数量远超抗剪所需螺栓,并造成连接板尺寸过大,相比单纯加强翼缘反而更浪费材料.梁柱节点需进行小震弹性和极限承载力的两阶段设计,实际工程案例表明,跨高比较大的钢梁腹板螺栓一般由弹性设计控制,跨高比较小时由极限承载力控制.     

中欧钢结构规范螺栓连接承载力比较

根据欧洲钢结构设计规范的EN1993-1-8∶2005和GB50017-2003《钢结构设计规范》及JGJ82-2011《钢结构高强螺栓连接技术规程》对单个螺栓的设计承载力进行比较,包括抗剪连接、抗拉连接、剪拉连接和抗滑移连接的单栓承载力。比较分析可知:国标与欧标钢结构设计规范中的抗剪螺栓连接承载力二者基本一致;欧标的高强螺栓预拉力取值比中国的约高10%;抗拉螺栓连接与剪拉螺栓连接主要区别在于螺栓的抗拉承载力如何考虑撬力的影响。     

Finite element analysis and experimental study on high strength bolted friction grip connections in steel bridges

High strength bolted friction grip (HSFG) joints are widely used in steel bridges. Through finite element analysis (FEA) and experimental study, the mechanical behavior including slip-load relationship, load transfer factors, stress state, and friction stress distribution of this type of joints was studied in detail. Both FEA results and experimental results show that the loads resisted by bolts in the edge rows are larger than the ones by bolts in the middle rows. The stress distributions in the connected plate and cover plate are wave-like with large stress and small stress alternate in different locations. Good agreements existed between the test results and the FEA results which verified the accuracy of the FEA. The numerical simulation method of the HSFG joints is proved to be a feasible and time efficient method for connection design.     

钢结构的螺栓端板连接

螺栓端板连接是钢结构中常用的一种安装连接.作者介绍了工字形截面钢构件这种连接的几种常用形式;分析了它的受力破坏状态;给出了螺栓受力、端板厚度的实用计算表达式和连接处焊缝、构件腹板的设计及计算要求.     

基于0-1整数规划的高强螺栓连接优化设计

以受轴力、剪力和弯矩共同作用的摩擦型高强螺栓群连接计算为例,建立高强螺栓连接优化设计的0-1整数规划数学模型,并用LINGO软件编程进行求解。结果表明,优化设计程序可以用于高强螺栓连接设计计算,并能一次性确定高强螺栓的规格及所需要的螺栓个数。     

高强度螺栓与焊缝并用接头抗剪承载力的有限元分析

通过对不同焊脚尺寸的侧面角焊缝与不同直径高强度螺栓之间并用连接的有限元模型研究,并考虑到不同螺栓数目或布置方式对并用连接承载力的影响,确定了高强度螺栓和侧面角焊缝之间合理的构造匹配方式。通过分析,绘出各连接情况下并用连接节点的荷载-变形曲线,研究探索高强度螺栓和焊缝的协同工作能力,以及影响栓焊并用连接承载力的因素。确定高强度螺栓和侧面角焊缝分别对并用连接节点承载力的贡献,给出承载力的计算公式,提出设计建议。     

铸钢件连接螺栓受拉性能试验及计算方法研究

对采用铸钢件连接钢框架梁柱节点中的螺栓受拉性能及相关计算方法进行研究。变换铸钢件水平肢、竖肢和肋板厚度对铸钢件螺栓连接进行受拉试验,研究铸钢件变形对螺栓内力的影响,获得螺栓内力与外荷载关系。试验结果表明：随铸钢件竖肢和肋板厚度的增加,螺栓内力减小,竖肢影响更显著。撬力的存在显著增大螺栓的内力,并且由于拉力的偏心,产生不可忽略的弯矩。采用ANSYS有限元分析软件进行扩大参数分析,对影响螺栓截面内力的因素进行研究,获得螺栓截面拉应力和弯曲应力变化规律,随着外荷载的增大,螺栓截面弯曲应力占总应力的比重不断增大。采用拟合方法提出适用于文中铸钢件形式的螺栓内力计算式。该式计算螺栓内力及应力与有限元分析结果吻合较好,应力相对误差小于10%,可用于此类连接受拉螺栓截面应力验算。     

Aluminum alloy tubular columns—Part II: Parametric study and design using direct strength method

A parametric study of aluminum alloy columns of square and rectangular hollow sections was performed using finite element analysis (FEA). The columns were compressed between fixed ends. The parametric study included 120 columns with and without transverse welds at the ends of the columns. An accurate and reliable finite element model was used for the parametric study. Design approaches for aluminum alloy tubular columns with and without transverse welds were proposed. Column strengths predicted by the FEA were compared with the design strengths calculated using the current American, Australian/New Zealand and European specifications for aluminum structures. In addition, the direct strength method (DSM), which was developed for cold-formed carbon steel members, was used in this study for aluminum alloy columns. The design strengths calculated using the DSM were compared with the numerical results. Furthermore, design rules modified from the DSM were proposed. It is shown that the proposed design rules accurately predicted the ultimate strengths of aluminum welded and non-welded columns. The reliability of the current and proposed design rules was evaluated using reliability analysis.     

钢板接合面间隙对摩擦型高强度螺栓的影响

钢板的制造和安装偏差导致的接合面间隙对摩擦型高强度螺栓产生的摩擦力有一定的削弱作用。针对某大型锅炉大板梁下翼缘的拼接,通过有限元分析,分别探讨了螺栓数目、螺栓性能等级和公称直径以及连接板和被连接板厚度的改变等因素对摩擦力的影响以及摩擦力损失值与这些因素之间的变化规律,并给出了考虑这些因素影响后修正的摩擦型高强度螺栓承载力设计值公式,建议在摩擦型高强度螺栓连接的计算中,直接将接合面间隙对摩擦型高强度螺栓摩擦力的削弱考虑进去。     

螺栓装配多高层钢结构梁柱连接抗震性能研究

对三个不同参数螺栓连接的多高层钢结构装配节点的抗震性能进行试验和有限元分析,获得以梁端荷载-位移表征的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、转动能力、刚度退化曲线等,分析了法兰螺栓和盖板螺栓对试件受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明：通过调整盖板螺栓数量和规格,可以实现梁柱刚性连接和变刚度连接,变刚度连接时,可实现多遇地震作用下不滑移,设防地震和罕遇地震作用下利用盖板与梁翼缘相对滑移耗散地震能量;通过分析螺栓接触面的滑移,认为盖板与梁翼缘滑移构造提高了梁端的变形能力,延性以及耗能能力,实现了摩擦耗能,可以用于抗震设防区结构中。     

Behavior of steel tension members subjected to uniaxial loading

Current design specifications for statically loaded tension members do not consider the bending effects due to connection eccentricity. However, recent experimental investigations have shown that connection eccentricity induced bending effects have the potential to significantly reduce the net section rupture capacity of a section. This study focuses on examining the effects of connection eccentricity and connection length on the ultimate capacity of bolted WT tension members. In particular, complementing prior experimental investigations by the authors and others, the main objective of this work is to develop robust finite element tools capable not only of estimating the failure loads but also to trace the entire load versus deflection path. In this study, the finite element analysis (FEA) of the WT section is carried out using eight node incompatible hexahedral elements (ABAQUS C3D8I element) capable of representing large deformation geometric and material nonlinearities. The connecting bolts are assumed to be rigid and a surface-to-surface contact is used to fully transfer the load from the gusset plate to the web. An elasto-plastic von Mises yield criterion combined with a tri-linear type constitutive model is used to represent the material nonlinear effects. The load corresponding to the load limit point is taken as the failure load of the WT specimen.Results of the finite element analyses are compared with experimental results, code predictions, and analytical predictions of the section capacity. The failure capacities predicted by the FEA are in excellent agreement with the experimentally observed failure capacities of the WT sections subjected to tensile loading.     

门式刚架轻型房屋钢结构端板连接的有限元与试验分析

结合门式刚架轻型房屋钢结构中普遍应用的端板连接方式 ,本文对梁柱节点和梁拼接节点进行了试验和有限元分析 ,对外伸式端板连接的承载力和转动刚度特性进行了研究 ,讨论了我国现行规范关于外伸式端板连接的设计方法中存在的问题 ,同时给出了改进建议 ,特别是提出了在建立钢结构节点刚度分类标准方面应该注意的问题。根据比较分析的结果 ,本文还提出了一种新的外伸式端板连接螺栓拉力分布模型及相应的设计方法 ,试验证明 ,该方法在保证安全可靠的前提下 ,能够更好地符合螺栓端板连接的实际受力状态 ,发挥螺栓和端板的承载能力