撬力對(duì)螺栓連接節(jié)點(diǎn)端板厚度設(shè)計(jì)影響分析

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。

利用有限元軟件ansys分析和研究了外伸端板高強(qiáng)螺栓受拉連接接頭破壞的mises等效應(yīng)力云圖、端板變形、撬力分布以及螺栓拉力變化及分布。證明了撬力在端板連接中是顯著存在的;增加端板厚度及設(shè)置加勁肋能夠減小撬力影響;撬力的作用使高強(qiáng)螺栓拉力提高,外伸端板高強(qiáng)螺栓拉力的分布是以受壓翼緣為轉(zhuǎn)動(dòng)中心的梯形分布。提出了考慮撬力作用的理論計(jì)算公式,算例結(jié)果表明,考慮撬力設(shè)計(jì)的計(jì)算公式較為簡(jiǎn)單并具有較好的設(shè)計(jì)適用性。

螺栓抗拉連接中的撬力降低連接的極限承載能力和疲勞性能,在設(shè)計(jì)中需加以考慮。現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(gb50017-2003)無(wú)相關(guān)計(jì)算方法的規(guī)定。本文利用有限元方法對(duì)t形連接抗拉性能進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)多個(gè)不同尺寸和材料特性的試件進(jìn)行調(diào)查,討論了各參數(shù)對(duì)撬力的影響。有限元計(jì)算結(jié)果和已有分析方法比較發(fā)現(xiàn),aisc-lrfd方法因忽略了螺栓頭對(duì)翼緣抗彎承載力的提高,低估了翼緣剛度較小情況下的撬力。若對(duì)aisc-lrfd計(jì)算模型中螺栓線處的彎矩不加以限制,其結(jié)果和有限元與試驗(yàn)吻合良好。

根據(jù)t型連接件模型從理論上推導(dǎo)出影響螺栓撬力的因素,并初步分析各因素對(duì)撬力影響的靈敏性。結(jié)合有限元軟件ansys計(jì)算出不同構(gòu)造尺寸下t型連接件的撬力與外載拉力的關(guān)系,運(yùn)用線性回歸方法分析彈性階段撬力與拉力之比與各尺寸之間的關(guān)系,并繪制相應(yīng)曲線,結(jié)合曲線分析各構(gòu)造對(duì)螺栓撬力影響的靈敏性。

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.

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。

根據(jù)t型連接件模型從理論上推導(dǎo)出影響螺栓撬力的因素，并初步分析各因素對(duì)撬力影響的靈敏性。結(jié)合有限元軟件ansys計(jì)算出不同構(gòu)造尺寸下t型連接件的撬力與外載拉力的關(guān)系，運(yùn)用線性回歸方法分析彈性階段撬力與拉力之比與各尺寸之間的關(guān)系，并繪制相應(yīng)曲線，結(jié)合曲線分析各構(gòu)造對(duì)螺栓撬力影響的靈敏性。

給出了8個(gè)梁-柱、梁-梁外伸端板螺栓連接試樣的試驗(yàn)結(jié)果,其中4個(gè)連接件在外伸端板處使用了加勁肋。將低阻力螺栓受拉區(qū)和受壓區(qū)的失效模式進(jìn)行對(duì)比,基于整體彎矩-轉(zhuǎn)角曲線和螺栓拉應(yīng)力的發(fā)展對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)主要關(guān)注失效模式、阻力發(fā)展、剛度及扭轉(zhuǎn)能力。將試驗(yàn)結(jié)果與按照ec3提供的方法得到的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,評(píng)估該分析方法(包括分析外伸端板處使用了加勁肋的連接件)的準(zhǔn)確性。

1新型裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)形式參照目前現(xiàn)有的端板螺栓連接形式,提出一種貫穿核心區(qū)高強(qiáng)螺栓的連接形式。相關(guān)研究表明,高強(qiáng)連續(xù)螺旋箍筋可以較好地約束高強(qiáng)混凝土,顯著改善高強(qiáng)混凝土的脆性,提高其變形能力和強(qiáng)度,為高強(qiáng)混凝土應(yīng)用在高層結(jié)構(gòu)中提供可能。且高強(qiáng)連續(xù)螺旋箍筋有1根高強(qiáng)鋼筋通過(guò)機(jī)械加工,符合裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展理念,因此在梁柱中均采用高強(qiáng)連續(xù)螺旋箍筋。由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有抗裂性好、剛度

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。

為研究螺栓群連接構(gòu)件的力學(xué)性能,以某高速列車(chē)中較具代表性的螺栓群連接構(gòu)件為研究對(duì)象,利用非線性有限元接觸算法和等效外載法施加預(yù)緊力,分別對(duì)不同螺栓預(yù)緊力和不同螺栓布置位置情形下的連接構(gòu)件進(jìn)行仿真.通過(guò)對(duì)孔周應(yīng)力的比較,得出最佳螺栓布置位置和螺栓預(yù)緊力.

梁柱外伸端板連接中螺栓會(huì)因撬力作用提早發(fā)生破壞,但目前還有沒(méi)有可靠的方法來(lái)計(jì)算撬力的大小。本文應(yīng)用三維有限元法,對(duì)外伸端板連接中受拉側(cè)螺栓拉力和撬力進(jìn)行了研究,給出了節(jié)點(diǎn)彎矩-螺栓拉力曲線、連接面受拉側(cè)撬力分布和變化規(guī)律,并對(duì)端板厚度和加勁肋厚度及形狀對(duì)螺栓撬力的影響進(jìn)行了比較,比較表明設(shè)置端板加勁肋尤其是加厚、加長(zhǎng)的加勁肋,對(duì)減小撬力更有效;并對(duì)各種螺栓拉力計(jì)算理論進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

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

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。

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。

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)。

采用msc.marc有限元軟件建立了分析模型,分析了板件中熱應(yīng)力分布及其隨時(shí)間變化對(duì)螺栓預(yù)拉力的影響,研究了不同梁高與螺栓數(shù)量的螺栓群承載力變化規(guī)律,并對(duì)螺栓群補(bǔ)擰區(qū)域提出了幾點(diǎn)建議。

螺栓連接基本知識(shí)