高强度螺栓连接抗剪性能研究

为解决试验和实体模型有限元方法在研究高强度螺栓连接抗剪性能上的局限性,寻找一种简单准确的高强度螺栓连接抗剪性能的简化模型十分必要。采用通用有限元软件ABAQUS建立高强度螺栓连接的非线性有限元模型,对单元选取、螺栓受力行为、材料本构以及接触模型等方面进行详细说明;结合典型高强度螺栓抗剪试验,验证了所建立有限元模型的准确性和适用性,对高强度螺栓连接抗剪性能进行深入探讨。通过参数分析,确定了高强度螺栓连接抗剪简化模型的3个特征点,提出了此类螺栓抗剪简化模型以及循环荷载作用下的滞回模型。实例计算分析表明：建议的抗剪简化模型以及循环荷载作用下滞回模型能准确地模拟此种连接的受力性能,其构造形式简单,计算准确,为工程分析提供依据。     

外伸端板高强度螺栓抗拉连接设计方法研究

通过建立系列有限元分析模型研究了外伸端板高强度螺栓抗拉连接的力学性能,分析中考虑了不同端板厚度和螺栓直径变化对连接节点受力性能的影响。研究结果表明,高强度螺栓总拉力应由外加荷载引起的螺栓拉力和端板弯曲变形产生的撬力组成。通过分析拟合得到由外加荷载产生的螺栓拉力和螺栓撬力的分布模型和计算公式,并分别给出摩擦型和承压型两种类型的高强度螺栓考虑撬力影响抗拉连接承载力计算公式。     

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括：螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明：连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。     

法兰攻丝高强度螺栓连接攻丝板牙体强度理论研究

与传统高强度螺栓连接不同,法兰攻丝高强度螺栓连接中因为攻丝板的存在易造成因攻丝板厚度不足导致的牙体弯剪破坏,使得连接强度显著降低.为此,基于能量强度理论和攻丝板的几何特征,研究了不同角度下攻丝板牙体的复合受力和破坏特征,提出了最不利受力状态下攻丝板牙体复合受力分析模型,建立了基于弯剪破坏的攻丝板牙体强度理论公式.为充分发挥法兰攻丝高强度螺栓受拉连接强度,提出了基于高强度螺栓颈缩破坏的最小攻丝板厚度公式.通过建立法兰攻丝高强度螺栓受拉连接的精细化有限元分析模型,研究了不同攻丝板厚度下M16和M20等常见高强度螺栓连接的破坏形态、峰值承载力及变形等参数,最终确定的最小攻丝板厚度分别为14 mm和18 mm,与理论公式计算结果基本吻合,验证了公式的正确性,可供实际工程应用参考.     

钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

对摩擦型和承压型连接的高强度螺栓受力特征和应用范围进行对比分析,并对高强度螺栓连接在设计应用过程中存在的某些问题及影响因素进行探讨,给出钢结构高强螺栓连接设计时有价值的建议。     

外伸端板高强螺栓受拉连接的计算分析

针对国内外关于外伸端板高强螺栓受拉连接的受力分析方法,研究端板刚性、弹塑性、塑性和T形件4种力学计算模型。端板刚性分析中将端板按无弯曲变形的刚性体考虑;弹塑性分析中假定受拉翼缘两侧的两排螺栓承担相同拉力,并考虑端板的部分塑性变形;塑性分析中每个螺栓的受力依赖于其本身的承载力,各排螺栓随拉力的增大依次达到屈服;T形件模型考虑端板的弹塑性变形,将受拉翼缘和螺栓简化为T形连接件。通过例题研究4种计算模型下高强螺栓受拉连接的计算方法,可为工程设计提供参考。     

承压型高强螺栓受力性能试验研究

通过单个承压型高强度螺栓与承压型高强度螺栓群的承载能力试验,研究了高强螺栓预拉力和摩擦面抗滑移系数对承压型高强螺栓受力性能的影响和规律。分别对不同预拉力、摩擦面抗滑移系数下单个承压型高强螺栓和螺栓群的承载力进行了研究和分析。研究结果表明,承压型高强螺栓预拉力所造成的摩擦力只能延缓螺栓滑动的出现,其抗剪承载力不受抗滑移系数及预拉力的影响,为实际工程中承压型连接高强螺栓的设计和施工提供了参考。     

自动扶梯桁架分段连接螺栓的校核

介绍了自动扶梯桁架分段连接的高强度螺栓的校核计算。通过分析高强度螺栓的受力特点，建立了校核教学模型，总结出校核步骤及方法。     

钢结构T形连接高强度螺栓受力分析及数值模拟

为了分析钢结构T形连接高强度螺栓受力性能,对10个不同构造参数的T形连接件进行试验及有限元研究,比较T形件构造参数变化对高强度螺栓力学性能的影响,并对高强度螺栓受力进行数值模拟。结果表明:螺栓直径、翼缘板厚度及螺栓间距等构造参数变化对T形件连接高强度螺栓受力产生不同程度的影响,设计中可根据具体情况选择最优的构造形式;高强度螺栓除受到撬力的影响外,还受到弯矩的影响;根据试验数据拟合的高强度螺栓拉力及弯矩的半经验计算公式计算值与试验结果吻合良好,可供工程应用参考。     

钢结构高强度螺栓连接抗火性能的有限元分析

为研究钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火性能,建立有限元分析模型。采用块单元,考虑几何非线性和材料非线性,及高强度螺栓连接安装、受力及受火过程,编制了有限元分析程序。通过与有关的试验结果对比,验证了有限元分析程序计算的准确性和可靠性。在利用程序进行大量参数分析的基础上,导出了钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火临界温度实用计算公式,可供工程上高强度螺栓连接抗火设计采用。     

矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震性能与恢复力模型研究

为研究矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能,对5个单边高强螺栓连接节点试件和1个常规高强螺栓连接节点试件进行了拟静力试验,研究了矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓连接节点抗震性能的差异性;分析了节点构造参数对单边高强螺栓连接节点抗震性能的影响,根据节点滞回特性和单边高强螺栓受力特点提出了节点恢复力模型。研究结果表明:节点试件的破坏模式中单边高强螺栓均产生滑移现象;节点试件的滞回曲线捏缩严重,滞回曲线呈反S形,且有明显滑移直线段;节点试件初始转动刚度约为常规高强螺栓连接节点的70%,单边高强螺栓滑移使节点具有很大的转动变形能力,节点试件的极限转角为0.06~0.08 rad;节点的受弯承载力与常规高强螺栓连接节点基本一致,单边高强螺栓能够满足节点承载力设计要求;节点试件的等效黏滞阻尼系数为0.15~0.17,等效耗能系数为1.29~1.77,延性系数为1.62~2.26,其耗能和延性性能均低于常规高强螺栓连接节点;通过设置端板加劲肋可有效提高节点试件的抗震性能,设置内隔板对节点试件的抗震性能提高效果不明显;提出的节点恢复力计算模型与节点试件的试验曲线吻合较好。     

Analysis on shear behavior of high-strength bolts connection

Because of high cost of tests and numerical calculation using solid element of high-strength bolts connection in steel frameworks, it is important to find an accurate and simplified approach to describe the shear behavior of high-strength bolts connection. The paper aims to find a spring element to simulate the shear behavior instead of solid element in structure. Firstly, solid element model of high-strength bolt connection is established, which is proved correct and applicable comparing with existing typical shear tests. Then, base on the reliability of finite element model, the shear behavior of bolts connection is further discussed through a large number of parameter analyses. The three feature points and four stages of the simplified shear model are calibrated according to tests and calculation results. A simplified shear behavior model and hysteretic criterion of high-strength bolts connection are proposed. According to cases study, feasibility of the proposed model is validated. The proposed model gives a simple process to provide quite accurate results, which provides a great tool for engineering applications.     

高强度螺栓咬合型连接的受拉试验研究

为研究支吊架用高强度螺栓咬合型连接的破坏机理与受拉承载力,分别进行了单个螺栓咬合型连接和典型连接的抗拉试验及有限元分析。考虑了槽钢和高强度螺栓规格等参数的影响,单个螺栓抗拉试验中共有66个试件,由六家企业提供。试验结果表明,在螺栓拉力作用下槽钢两侧卷边均绕腹板顶部棱线转动,并形成两条塑性铰线;螺栓安装扭矩对受拉承载力无影响。采用门式支架进行典型连接抗拉试验,按槽钢壁厚不同共设计6个试件。通过试验研究发现,角钢连接件对螺栓产生明显的撬力。为研究单个螺栓连接中槽钢塑性铰线长度和典型连接受拉承载力随固定螺栓间距和槽钢规格的变化情况,又对4个试件补充了有限元分析。结果表明：塑性铰线长度仅与槽钢卷边尺寸有关;角钢连接件的撬力作用能够约束卷边的竖向位移,提高卷边屈服荷载。根据试验和有限元分析结果,给出了单个螺栓连接受拉承载力设计值的计算方法,理论计算值与试验结果吻合较好。     

端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究

为研究端板连接中高强度螺栓群的中和轴位置变化,对门式刚架外伸式端板连接进行了试验研究与理论计算.试验采用4种梁截面尺寸,选择端板厚度和端板加劲肋作为研究参数,对12个试件进行了单调加载试验,通过在螺栓杆无螺纹区开槽粘贴应变片测量了端板螺栓力的变化情况.理论计算系建立带弹性支座的连续梁模型模拟端板连接,将模型计算结果与试验结果比较分析,结果表明：加载过程中,螺栓群中和轴逐渐从其形心轴向受压区移动,但不超过受压翼缘内侧螺栓中心线;极限状态下,受拉翼缘和端板可简化为等效T型件.根据理论模型,进行了简单的参数分析,研究了撬力、端板厚度和螺栓排列等对连接性能的影响.最后结合试验结果及理论计算,对现有计算方法进行了评价.     

咬合式高强螺栓连接延性破坏模式下受剪性能研究

为研究咬合式高强螺栓连接在剪力作用下的延性破坏模式和承载性能,完成了8个咬合式高强螺栓连接受剪试验。试验结果表明,当齿口个数较少时,咬合式高强螺栓连接的破坏模式为齿口屈服的延性破坏。在试验研究的基础上,建立了有限元模型并进行校验。通过8组有限元模型的参数分析发现,除改变螺栓预紧力的大小对咬合式高强螺栓连接的受剪承载力无明显影响外,齿口间摩擦系数、齿口个数、板件宽度、盖板厚度、螺栓直径、垫片厚度和弹性模量的增大均可以提高连接的受剪承载力。最后拟合得到双面受剪的咬合式高强螺栓连接的受剪承载力计算式,对比拟合计算式的计算结果、试验和数值计算结果表明,所提受剪承载力计算式合理,计算结果准确。     

H型钢梁与矩形钢管柱外伸式端板单向螺栓连接节点承载力试验与理论研究

介绍了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的节点类型和单向螺栓产品及其受力性能的研究现状。通过对3种不同形式的外伸式端板单向螺栓连接节点的单调静力加载试验,得到了各试件的破坏模式和弯矩 转角曲线,研究了螺栓承载力、端板厚度、柱壁厚度对节点破坏模式的影响。〖JP2〗基于试验现象提出了用于理论计算的螺栓力分布模式。运用EN 1993-1-8的等效T形连接件法计算了由端板材料强度控制的节点受弯承载力。利用屈服线理论,基于试验现象提出了钢管柱壁的屈服线模式,通过虚功原理求解出由柱壁材料强度控制的节点受弯承载力。研究表明,螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式,相对较弱的部件会先于节点中其余部件发生破坏。理论计算值与试验结果相比偏保守。最后提出了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的设计准则。     

大型风力机组塔架螺栓连接应力分析

风力发电机组塔架是由4段短锥形筒通过螺栓连接而成的,对4个连接面进行力学分析,得到受载最大的螺栓连接面.建立详细的法兰螺栓连接几何模型,应用大型有限元分析软件ANSYS 12.0,对不同工况下的法兰螺栓连接进行接触分析,得到各螺栓和法兰的最大应力均小于材料的屈服强度,连接安全可靠.同时计算得到的受载最大螺栓应力值与有限...     

钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点约束弯矩试验研究

钢梁与混凝土柱单剪板连接节点形式简单、施工方便。在单剪板节点结构设计中,通常把该类节点简化成铰接节点,认为其只传递剪力和轴力,忽略梁端弯矩的作用,从而高估了预埋件的承载能力,给结构留下了安全隐患。为了研究单剪板连接节点的受力性能,对3个不同螺栓布置的钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点进行了静力加载试验,研究了螺栓数量、螺栓直径等因素对试件破坏模式、荷载-挠度曲线和约束弯矩的影响。结果表明：钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点的约束弯矩随螺栓群惯性矩的增大而增大;试件的承载力和刚度受高强螺栓布置数量的影响较大,受螺栓直径的影响较小。在试验研究的基础上,建立了单剪板连接节点的受力简化模型,根据模型给出了约束弯矩计算方法和弹性阶段节点折算偏心距计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

谈高强度螺栓的使用

介绍高强度螺栓的使用包括合理的设计选型,合理的使用以及高强度螺栓连接的定期检查三方面,分析高强度螺栓的使用寿命,指出其失效的原因有设计不当,多孔紧固连接紧固过程不均匀,连线松动,生锈与咬死螺纹不对或配合不好等七个方面,最终得出较好地实现高强度螺栓连接的可靠性,在其强韧性,制造精度以及大尺寸螺栓连接时其紧固方法和检验方法都很重要的结论。