帶或不帶加勁肋螺栓連接端板性能試驗(yàn)及分析

論述了梁柱端板螺栓連接的意義,端板連接的形式、研究分析方法,以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和水平。

文章分析了撬力作用產(chǎn)生的原因,通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)端板厚度設(shè)計(jì)中采用的對(duì)撬力作用計(jì)算和設(shè)計(jì)方法的比較,提出端板厚度計(jì)算過(guò)程中考慮計(jì)算撬力作用更合理,并指出gb50017-2003中端板厚度計(jì)算沒(méi)有考慮撬力實(shí)際大小,過(guò)于保守。

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)在火災(zāi)作用后的力學(xué)性能進(jìn)行深入研究至關(guān)重要,它是研究結(jié)構(gòu)整體火災(zāi)作用后力學(xué)性能的重要基礎(chǔ)。對(duì)四個(gè)足尺高強(qiáng)螺栓連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了模擬自然火災(zāi)試驗(yàn),通過(guò)對(duì)其火災(zāi)前后力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析,采用數(shù)值分析的最小二乘法,得到了該類節(jié)點(diǎn)各主要參數(shù)與其所經(jīng)歷的最高火災(zāi)溫度相關(guān)的擬合公式,為具有此類連接節(jié)點(diǎn)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的安全性檢測(cè)評(píng)定與加固提供了參考依據(jù),也為我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂提供參考。

為了很好的模擬螺栓連接對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣剛性的影響,利用ansys非線性接觸算法對(duì)螺栓連接進(jìn)行了仿真計(jì)算,利用軸向力模擬了螺栓的預(yù)緊力,通過(guò)一系列不同的螺栓預(yù)緊力的計(jì)算,得到了機(jī)匣彎曲剛度與螺栓預(yù)緊力的關(guān)系曲線,并分析了螺栓連接對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣剛性的影響,為復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的螺栓連接簡(jiǎn)化提供了可靠的依據(jù)。

為了很好的模擬帶預(yù)緊力受剪螺栓的復(fù)雜應(yīng)力狀況,本文應(yīng)用ansys非線性接觸算法對(duì)螺栓連接進(jìn)行了仿真,利用降溫法模擬了螺栓的預(yù)緊力,給出了螺栓連接剛度計(jì)算公式,通過(guò)一系列不同厚度構(gòu)件的螺栓連接剛度計(jì)算,得到了構(gòu)件厚度與螺栓連接剛度間的關(guān)系曲線;為復(fù)雜結(jié)構(gòu)中螺栓連接的簡(jiǎn)化計(jì)算提供了可靠參考依據(jù)。

利用有限元軟件ansys對(duì)端板型螺栓連接鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了彈塑性有限元計(jì)算,分析了節(jié)點(diǎn)中端板厚度的變化對(duì)螺栓內(nèi)力及變形的影響,討論了螺栓實(shí)際受力與設(shè)計(jì)方法的關(guān)系。進(jìn)而提出了一些在端板型鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)值得思考的問(wèn)題。

螺栓連接

實(shí)驗(yàn)一螺栓連接實(shí)驗(yàn) ⅰ、單個(gè)螺栓連接實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?現(xiàn)代各類機(jī)械中，廣泛應(yīng)用螺栓進(jìn)行聯(lián)接，如何計(jì)算和測(cè)量螺栓受力情況及靜、動(dòng)態(tài)特 性參數(shù)，是工程技術(shù)人員的一個(gè)重要課題。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)螺栓的受力進(jìn)行測(cè)試和分析，要求 達(dá)到下述目的。 1、了解螺栓聯(lián)接在擰緊過(guò)程中各部分的受力情況。 2、計(jì)算螺栓相對(duì)剛度，并繪制螺栓聯(lián)接的受力變形圖。 3、驗(yàn)證受軸向工作載荷時(shí)，預(yù)緊螺栓聯(lián)接的變形規(guī)律，及對(duì)螺栓總拉力的影響。 4、通過(guò)螺栓的動(dòng)載實(shí)驗(yàn)，改變螺栓聯(lián)接的相對(duì)剛度，觀察螺栓動(dòng)應(yīng)力幅值的變化，以 驗(yàn)證提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的各項(xiàng)措施。 二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 lzs螺栓聯(lián)接綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 1、(空心)螺栓聯(lián)接靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。(空心螺栓+剛性墊片+無(wú)錐塞) 2、改變螺栓剛度的聯(lián)接靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。(空心螺栓、實(shí)心螺栓) 3、改變墊片剛度的靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。(剛性墊片、彈性墊片

精選 例題1.如下圖所示，有一用m20c級(jí)螺栓的鋼板拼接，鋼材為q235-a。 計(jì)算此拼接能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值n。 精選 精選 例題2.圖示一鋼板的對(duì)接拼接，螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=21.5mm， c級(jí)螺栓。鋼板截面為—16*220，拼接板為2—8*220，鋼材采用q235 —af，承受外力設(shè)計(jì)值n=535kn。鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215n/mm2， 螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fvb=140n/mm2和fcb=305n/mm2。試設(shè)計(jì)此對(duì)接 拼接。 精選 精選 例3如圖所示，偏心受拉的c級(jí)普通螺栓連接，偏心拉力設(shè)計(jì)值 n=300kn，e=60mm，螺栓布置如圖。 （1）試確定螺栓的規(guī)格 （2）其他條件不變，若e=100mm，則螺栓的規(guī)格又如何？ 精選 精選 例題4.有一牛腿如圖所示，用粗制4.6級(jí)螺栓連接于鋼柱上， 牛腿下有一支托板

2.設(shè)計(jì)矩形拼接板與板件用普通螺栓連接的平接接頭。（如圖所示， 單位mm）。 已知軸心拉力設(shè)計(jì)值n=450kn，有關(guān)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fbv＝ 130n/mm2，fbc＝305n/mm2，f＝215n/mm2，粗制螺栓d＝20mm，孔 徑d0＝21.5mm 28.10927.81knnknnbc b v 265.57.81/450n 3504324025.32.51808.643000mmdmmdmmd排列： 2/215/7.213 185.1218160 10450223 mmnmmn＝ 凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算： 蓋板長(zhǎng)度=2（50+80+80+50）+10=530mm2 6.圖示一用m20普通螺栓的鋼板拼接接頭，鋼材為q235，?＝215 n/mm2。試計(jì)算接頭所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值。螺栓m20,孔徑 21.5mm,?bv=130n/mm2,?b

分析高強(qiáng)螺栓外伸端板連接中,端板厚度、螺栓直徑、節(jié)點(diǎn)域加勁肋、端板加勁肋等對(duì)高強(qiáng)螺栓拉力分布和承載力的影響。分析結(jié)果表明:1)隨著外伸端板厚度增加,高強(qiáng)螺栓受到的拉力減小,當(dāng)端板厚度較薄時(shí),由于板件變形產(chǎn)生的附加撬力使高強(qiáng)螺栓受到的拉力增大,進(jìn)一步證明了高強(qiáng)螺栓受拉連接中撬力的存在以及對(duì)其產(chǎn)生的不利影響;2)外伸端板受拉翼緣兩側(cè)螺栓受到的拉力基本相等,當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接板件的剛度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),高強(qiáng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于受壓翼緣附近,壓應(yīng)力由端板和柱翼緣共同傳遞,螺栓拉力分布符合t型件計(jì)算模型;3)外伸端板設(shè)置斜向加勁肋,可以增加外伸端板剛度,減小撬力影響。當(dāng)節(jié)點(diǎn)域不設(shè)置加勁肋時(shí),對(duì)柱翼緣設(shè)置背板進(jìn)行局部加強(qiáng),背板的加強(qiáng)作用不明顯。研究結(jié)果可為高強(qiáng)螺栓外伸端板連接工程應(yīng)用提供參考。

采用8組40個(gè)連接試件,考察膠合木外夾鋼板群螺栓連接構(gòu)件在順紋受拉時(shí)的力學(xué)性能,探討其破壞模式和受力機(jī)制。研究表明:膠合木外夾鋼板群螺栓連接的破壞模式、承載力、剛度和延性與螺栓列數(shù)、每列的螺栓數(shù)、螺栓的布置方式有關(guān);承載力不具有由螺栓數(shù)線性疊加的性質(zhì);螺栓總數(shù)不變、多列布置螺栓延性較佳。

研究矩形空心截面外伸端板接頭的屈服機(jī)制,認(rèn)為螺栓位于端板的角部?，F(xiàn)有規(guī)范沒(méi)有針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)中的這類連接節(jié)點(diǎn)給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。采用歐洲規(guī)范中的對(duì)稱分量法研究考慮和不考慮撬力作用下新屈服機(jī)制的可靠性,基于試驗(yàn)結(jié)果建議采用新屈服機(jī)制。

1/4 螺栓組連接受力與相對(duì)剛度實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、驗(yàn)證螺栓組連接受力分析理論； 2、了解用電阻應(yīng)變儀測(cè)定機(jī)器機(jī)構(gòu)中應(yīng)力的一般方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工作原理 螺栓組連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)由螺栓連接、加載裝置及測(cè)試儀器三部分組成。如圖1所示螺栓組連 接是由十個(gè)均布排列為二行的螺栓將支架11和機(jī)座12連接起來(lái)而構(gòu)成。加載裝置是由具有 1：100放大比的兩極杠桿13和14組成，砝碼力g經(jīng)過(guò)杠桿放大而作用在支架上的載荷為p， 因此，連接接觸面將受有橫向載荷p和翻轉(zhuǎn)力矩m。 lpm(n·㎜) gp100(n) 式中l(wèi)—力臂（㎜） 由于p和m的作用，在螺栓中引起的受力是通過(guò)貼在每個(gè)螺栓上的電阻應(yīng)變片15的變 形并借助電阻應(yīng)變儀而測(cè)得。電阻應(yīng)變儀是通過(guò)載波電橋?qū)C(jī)械量轉(zhuǎn)換成電量實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。 如圖2所示，將貼在螺栓上的電阻應(yīng)變片1

在工業(yè)建筑中為了滿足工藝方面的特殊要求節(jié)省空間一些管道沿柱腹板通行,為此作者論述了梁柱端板螺栓連接的一種加勁方式,即采用槽鋼代替薄鋼板作為加勁肋。對(duì)一無(wú)加勁肋和一有槽鋼加勁肋的梁柱節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行有限元模擬分析,通過(guò)計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析,研究槽鋼作為加勁肋對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。研究表明采用槽鋼加勁肋的節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度有了顯著提高。

對(duì)接觸面噴砂處理的5個(gè)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接試件進(jìn)行了性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,噴砂處理的接觸面抗滑移系數(shù)較規(guī)范建議值低;高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力對(duì)接觸面的抗滑移系數(shù)有影響,預(yù)拉力愈大,接觸面抗滑移系數(shù)愈小。還對(duì)其中一個(gè)試件做了有限元分析,模擬結(jié)果表明,連接板件相對(duì)滑動(dòng)時(shí)螺栓孔周圍大部分區(qū)域的應(yīng)力達(dá)到了板件鋼材的屈服強(qiáng)度,而連接破壞時(shí),螺栓孔周圍的板件應(yīng)力均達(dá)到了鋼材的抗拉強(qiáng)度。

槽鋼加勁肋在梁柱連接中性能研究——在工業(yè)建筑中為了滿足工藝方面的特殊要求節(jié)省空間一些管道沿柱腹板通行，為此作者論述了梁柱端板螺栓連接的一種加勁方式，即采用槽鋼代替薄鋼板作為加勁肋。對(duì)一無(wú)加勁肋和一有槽鋼加勁肋的梁柱節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行有限元模擬分...

采用組件法推導(dǎo)了端板螺栓連接初始剛度的計(jì)算方法.對(duì)螺栓預(yù)拉的情況,柱翼緣和端板的初始剛度采用跨中作用一集中力的兩端固接梁模型來(lái)計(jì)算.通過(guò)與已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了文中公式的可行性與有效性.

根據(jù)h型鋼梁柱外伸端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，提出用節(jié)點(diǎn)尺寸來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度ri的計(jì)算公式，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果比較，驗(yàn)證了初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度ri的計(jì)算公式的正確性；并對(duì)節(jié)點(diǎn)的破壞形式、抗震性能及影響節(jié)點(diǎn)初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的因素進(jìn)行了分析討論。

針對(duì)螺栓連接的端距,中國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(gb50017—2017)中給出了關(guān)于最小和最大容許距離的規(guī)定,與德國(guó)規(guī)范相比,兩者都有所不同。通過(guò)有限元軟件abaqus建立螺栓雙剪切面連接板模型,選擇兩種板件厚度,在兩國(guó)規(guī)范容許的范圍內(nèi),分析端距和螺栓布置形式的改變對(duì)連接板的荷載-位移曲線、應(yīng)力分布規(guī)律和破壞模式等方面的影響,研究其適用情況。結(jié)果表明,當(dāng)端距取值為1.2d0時(shí),單列和雙列螺栓連接板件的極限承載力分別達(dá)到2d0時(shí)的74.36%和97.02%。因此建議螺栓連接構(gòu)件的端距可以放寬到1.2d0的范圍內(nèi),但其承載力應(yīng)適當(dāng)降低。

近年來(lái)高強(qiáng)度鋼材在工程中得到了逐步推廣和應(yīng)用,尤其是q460強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)度鋼材。但是目前各國(guó)規(guī)范都尚未對(duì)高強(qiáng)度鋼材螺栓連接設(shè)計(jì)方法做出具體規(guī)定,仍沿用普通強(qiáng)度鋼材的設(shè)計(jì)方法。因此,需對(duì)端距、邊距和螺栓間距等幾何構(gòu)造對(duì)高強(qiáng)度鋼材螺栓抗剪連接性能的影響進(jìn)行深入的試驗(yàn)研究。針對(duì)10,12mm厚的q460強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)度鋼材進(jìn)行螺栓抗剪連接試驗(yàn),通過(guò)改變兩個(gè)10.9級(jí)m27高強(qiáng)度螺栓的幾何布置,研究不同端距、邊距和螺栓間距情況下,高強(qiáng)度鋼材的承壓性能的變化情況。由試驗(yàn)可以觀察到螺栓抗剪連接的3種不同的破壞模式:端部撕裂、孔壁拉長(zhǎng)和板凈截面拉斷。同時(shí)還將試驗(yàn)得到的極限承載力與歐洲和美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有規(guī)范并不能很好地預(yù)測(cè)高強(qiáng)度鋼材螺栓抗剪連接的破壞模式和極限強(qiáng)度,建議更深入地進(jìn)行參數(shù)分析以完善規(guī)范設(shè)計(jì)方法。

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