外伸端板高強(qiáng)螺栓連接三維非線性有限元分析

文章編號:100722284(2008)0420077204 墊層蝸殼三維非線性有限元分析 周韶偉,伍鶴皋,田海平 (水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430072) 　　摘　要:結(jié)合某水電站,建立墊層蝸殼三維有限元整體模型,采用ansys有限元軟件對三維模型進(jìn)行鋼筋混凝土 非線性計(jì)算,確定有限元計(jì)算中利用線彈性計(jì)算的拉應(yīng)力配筋的合理性。并根據(jù)鋼筋混凝土非線性計(jì)算的結(jié)果對裂縫 寬度進(jìn)行驗(yàn)算?？紤]混凝土開裂的三維非線性有限元計(jì)算結(jié)果表明設(shè)計(jì)提出的蝸殼厚度和按線性計(jì)算得到的配筋,在 結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備重量及內(nèi)水壓力作用下,其應(yīng)力均低于鋼材的允許應(yīng)力。通過不同工況下不同墊層厚度的計(jì)算對比分 析,可以初步認(rèn)定管道外包混凝土最大裂縫寬度是墊層最小厚度取值的控制因素,根據(jù)此控制因素,可初步選定墊層的 最優(yōu)厚度取為3cm。設(shè)計(jì)采用的蝸殼外包混凝

利用有限元分析軟件ansys9.0建立高強(qiáng)螺栓連接的簡化模型,對高強(qiáng)螺栓連接形式進(jìn)行計(jì)算分析,重點(diǎn)考慮幾何非線性影響,在模型中建立鋼板與連接板、連接板與墊圈、墊圈與螺母及螺帽之間的接觸單元,對結(jié)構(gòu)的非線性接觸行為進(jìn)行模擬。通過對有限元計(jì)算結(jié)果的分析,對摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的適用性進(jìn)行評價(jià),并重點(diǎn)比較分析主滑動發(fā)生前后,高強(qiáng)螺栓的受力性能。其分析結(jié)果為工程實(shí)際提供一定意義的參考。

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。

針對國內(nèi)外關(guān)于外伸端板高強(qiáng)螺栓受拉連接的受力分析方法,研究端板剛性、彈塑性、塑性和t形件4種力學(xué)計(jì)算模型。端板剛性分析中將端板按無彎曲變形的剛性體考慮;彈塑性分析中假定受拉翼緣兩側(cè)的兩排螺栓承擔(dān)相同拉力,并考慮端板的部分塑性變形;塑性分析中每個(gè)螺栓的受力依賴于其本身的承載力,各排螺栓隨拉力的增大依次達(dá)到屈服;t形件模型考慮端板的彈塑性變形,將受拉翼緣和螺栓簡化為t形連接件。通過例題研究4種計(jì)算模型下高強(qiáng)螺栓受拉連接的計(jì)算方法,可為工程設(shè)計(jì)提供參考。

針對不同厚度連接板對高強(qiáng)螺栓群的受力影響,采用有限元軟件ansys建立了三維有限元實(shí)體模型,對兩種不同厚度的連接板在拉力荷載作用下的板件相對位移、板件應(yīng)力等進(jìn)行了模擬,并對比分析了不同厚度連接板的應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明:薄板與厚板應(yīng)力分布規(guī)律一致,但厚板應(yīng)力數(shù)值更小,應(yīng)力分布更有利。

鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中,梁與柱強(qiáng)軸方向的剛性連接通常采用端板式連接。分析了影響梁柱節(jié)點(diǎn)連接剛性的三個(gè)因素,包括端板厚度、柱加勁肋的設(shè)置和柱翼緣補(bǔ)強(qiáng)板設(shè)置與否。探討了外伸端板厚度的計(jì)算公式和柱加勁肋的計(jì)算方法。根據(jù)受力分析,推導(dǎo)了柱翼緣補(bǔ)強(qiáng)板厚度的公式,為工程設(shè)計(jì)提供了一些參考。

本研究中以xx粘土心墻堆石壩工程實(shí)例為計(jì)算分析對象,應(yīng)用中點(diǎn)增量法對粘土心墻堆石壩壩體在八級加載狀態(tài)下的變形以及應(yīng)力情況進(jìn)行了計(jì)算分析。三維非線性有限元分析結(jié)果顯示:該工程粘土心墻堆石壩應(yīng)力應(yīng)變符合基規(guī)律,壩體應(yīng)力形態(tài)以及變形形態(tài)基本良好,心墻壩部分垂直方向沉降最大值與已建相關(guān)工程觀測值基本一致,證實(shí)了三維非線性有限元分析計(jì)算方法具有高度可靠性。通過以上分析,以期通過對粘土心墻堆石壩進(jìn)行三維非線性有限元分析的方式,獲得粘土心墻堆石壩在應(yīng)力以及變形方面的基本規(guī)律以及表現(xiàn)特征。

法蘭、螺栓、墊片及盲板組成的系統(tǒng)是壓力容器設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容,同時(shí)也是設(shè)計(jì)及使用過程中容易出現(xiàn)問題的部位。詳細(xì)計(jì)算該系統(tǒng)應(yīng)力分布是提高法蘭、螺栓連接設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵所在。該文應(yīng)用三維有限元技術(shù),考慮了大量的接觸面和螺栓預(yù)緊單元,準(zhǔn)確計(jì)算出一套法蘭連接的應(yīng)力分布,并與國標(biāo)中的法蘭計(jì)算公式所得到的結(jié)果相比較,對法蘭連接的設(shè)計(jì)有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

山口巖拱壩壩肩穩(wěn)定三維非線性有限元分析——該文將混凝土多參數(shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則、非線性本構(gòu)關(guān)系及壩體與基巖的仿真分析等進(jìn)行綜合考慮，以ansys為平臺，用apdl語言和多種ansys內(nèi)部函數(shù)，開發(fā)了混凝土拱壩三維非線性有限元分析程序，并利用該程序?qū)餍ど娇趲r拱壩進(jìn)...

根據(jù)某水庫泄洪洞弧形鋼閘門,建立了三維有限元模型,在相同的條件下對有、無面板加勁肋構(gòu)件的模型進(jìn)行了非線性分析,得出設(shè)計(jì)水頭下無加勁肋構(gòu)件模型的應(yīng)力不能滿足強(qiáng)度要求,而有加勁肋構(gòu)件模型的應(yīng)力和位移均能滿足規(guī)范的要求。分析表明:對弧形鋼閘門進(jìn)行非線性分析時(shí)要考慮加勁肋構(gòu)件的受力作用,同時(shí)要考慮面板局部銹蝕對弧形鋼閘門應(yīng)力的影響。通過分析面板不同銹蝕區(qū)域的計(jì)算結(jié)果,得出了該弧形鋼閘門的銹蝕敏感部位及閘門最大應(yīng)力隨銹蝕深度的變化規(guī)律。

本工程高強(qiáng)螺栓采用扭剪型10.9級，規(guī)格：m20、m22，m24三種。 共10236套，其中主軋跨主電室2924套，磨輥間5532套，加熱爐1780 套。使用部位見下表： 序號規(guī)格使用部位備注 1m20吊車梁與自動板連接磨輥間 2m22鋼柱與連系梁連接 3m24車檔與吊車梁連接 1.高強(qiáng)螺栓由項(xiàng)目經(jīng)理部材料計(jì)劃員編制施工使用計(jì)劃經(jīng)項(xiàng)目經(jīng)理批 準(zhǔn)后，由物資部門采購。高強(qiáng)螺栓運(yùn)到施工現(xiàn)場后，須放在室內(nèi)，不得 隨意開啟。高強(qiáng)螺栓入庫應(yīng)按包裝箱上注明的規(guī)格分類存放，工地領(lǐng)取 時(shí)，要按使用部位領(lǐng)取相應(yīng)規(guī)格和數(shù)量的螺栓，要當(dāng)天用多少套，領(lǐng)多 少套，嚴(yán)禁現(xiàn)場隨意堆放，以防扭矩系數(shù)發(fā)生變化。 2.高強(qiáng)螺栓進(jìn)入現(xiàn)場后先檢查下列資料：質(zhì)保書、軸力復(fù)驗(yàn)報(bào)告（每種 做8套）、構(gòu)件進(jìn)入現(xiàn)場后檢查加工廠摩擦面抗滑移系數(shù)報(bào)告是否齊全， 現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)加工廠提供試驗(yàn)板作抗滑移復(fù)驗(yàn)。 3.施

長度=連接板層總厚+緊固長度加長值+螺母公稱厚度+墊圈個(gè)數(shù)*墊 圈厚度+3*螺紋螺距 高強(qiáng)度螺栓就是可承受的載荷比同規(guī)格的普通螺栓要大． 普通螺栓的材料是ｑ２３５（即ａ３）制造的． 高強(qiáng)度螺栓的材料３５＃鋼或其它優(yōu)質(zhì)材料，制成后進(jìn)行熱處理，提高 了強(qiáng)度． 兩者的區(qū)別是材料強(qiáng)度的不同． 從原材料看： 高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度材料制造。高強(qiáng)螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高 強(qiáng)鋼材制作，常用45號鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼。普通螺栓常用q235 鋼制造。 從強(qiáng)度等級上看： 高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛。常用和兩個(gè)強(qiáng)度等級，其中級居多。普通螺 栓強(qiáng)度等級要低，一般為級、級、級和級。 從受力特點(diǎn)來看： 高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪 和孔壁承壓來傳遞剪力，擰緊螺帽時(shí)產(chǎn)生預(yù)拉力很小，其影響可以忽略 不計(jì)，而高強(qiáng)螺栓除了其材料強(qiáng)度很高之外，還給螺栓施加很

采用考慮接觸問題的有限單元法對外伸式端板螺栓連接中普遍存在的撬力問題作分析,重點(diǎn)探討端板接觸面中擠壓力的大小、分布規(guī)律以及影響撬力的主要因素。結(jié)合工程應(yīng)用提出了減小撬力作用和考慮撬力影響的設(shè)計(jì)建議和方法。

采用有限元程序ansys對鋼管混凝土柱與桁架穿心螺栓端板式連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單調(diào)加載和循環(huán)加載作用下的受力性能分析。有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)基本吻合。在此基礎(chǔ)上對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了參數(shù)分析,研究了軸壓比、鋼管柱壁厚度、核心混凝土強(qiáng)度、螺栓級別及直徑對節(jié)點(diǎn)受力性能影響。結(jié)果表明,軸壓比和鋼管柱壁厚度對節(jié)點(diǎn)受力性能影響較大。

牛頭山雙曲拱壩整體穩(wěn)定三維非線性有限元仿真分析——牛頭山水電站雙曲拱壩設(shè)計(jì)壩高108m，其壩址河谷呈v形，有良好的建壩條件，但基礎(chǔ)左壩肩、右壩肩均存在斷層和深部裂隙等地質(zhì)缺陷，成為工程的隱患。本文利用三維非線性有限元法對壩體及基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)值模擬分析...

針對三維曲井內(nèi)鉆柱的接觸非線性有限元分析,提出了一種符合接觸性質(zhì)的新的接觸模型:在接觸點(diǎn)處,鉆柱的橫向位移應(yīng)限制在給定的環(huán)空間隙值內(nèi),同時(shí),還必須讓橫截面繞變形曲線副法線軸的轉(zhuǎn)角為零。利用新的接觸模型,采用忽略橫向剪切變形的三維空間曲梁單元對三維曲井內(nèi)鉆柱的接觸非線性進(jìn)行了有限元分析,給出了一套計(jì)算方法。算例結(jié)果表明:新的接觸模型與計(jì)算方法,對于有解析解的平面問題其精度高,避免了隨著單元劃分的不同導(dǎo)致解時(shí)大時(shí)小而不穩(wěn)定的現(xiàn)象。工程算例——三維曲井內(nèi)鉆柱的接觸非線性分析結(jié)果偏于安全。

文章在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,根據(jù)sac((sac是seaoc、atc、cures聯(lián)合體))有關(guān)報(bào)告中的試驗(yàn)數(shù)據(jù),用ansys模擬梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)加載的全過程,并進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元模擬數(shù)據(jù)的對比分析,在此基礎(chǔ)上,對一種適用于工業(yè)建(構(gòu))筑物的新型外伸端板高強(qiáng)螺栓梁柱連接節(jié)點(diǎn)的延性性能進(jìn)行了分析,分析的結(jié)論可應(yīng)用于工程實(shí)踐及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制中。

堆石體用非線性ｅ－ｂ模型，用縫單元模擬面板縫和周邊縫，面板與墊層之間設(shè)置接觸面單元。計(jì)算模擬了施工和蓄水過程，結(jié)果是合理的基本反映實(shí)際應(yīng)力變形情況

建立了螺栓法蘭聯(lián)接的三維力學(xué)及傳熱學(xué)模型,在考慮墊片非線性和接觸問題的基礎(chǔ)上,研究了法蘭的瞬態(tài)溫度場分布以及溫度場的變化對墊片和螺栓載荷的影響。研究表明由于瞬態(tài)溫度場的影響,螺栓載荷變化滯后于墊片載荷的變化并且滯后程度隨著內(nèi)壁溫度的升高而增加;墊片外側(cè)載荷呈先升后降的規(guī)律。

張力結(jié)構(gòu)的非線性有限元分析——張力結(jié)構(gòu)中的索結(jié)構(gòu)分析通常采用非線性二節(jié)點(diǎn)直線或二次曲線單元．但是在大跨度索結(jié)構(gòu)，尤其是索穹頂結(jié)構(gòu)的分析中，常用的單元已不能滿足精度的要求本文提出了考慮自重作用下有初始垂度的五結(jié)點(diǎn)非線性空間曲線元模型，放棄了一...

扭剪型高強(qiáng)螺栓連接 1范圍 本工藝標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼結(jié)構(gòu)安裝用扭剪型高強(qiáng)螺栓施工工藝。 2施工準(zhǔn)備 2.1材料及主要機(jī)具： 2.1.1螺栓、螺母、墊圈均應(yīng)附有質(zhì)量證明書，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 2.1.2高強(qiáng)螺栓入庫應(yīng)按規(guī)格分類存放，并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不配套，螺紋損傷時(shí)，不得使用。螺栓、螺母、墊圈有銹蝕，應(yīng)抽樣檢查緊固軸力，滿足要求后方可使用。螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持潔凈、干燥狀態(tài)。必須按批號，同批內(nèi)配套使用，不得混放、混用。 2.1.3主要機(jī)具：電動扭矩扳手及控制儀、手動扭矩扳手、手工扳手、鋼絲刷、工具袋等。 2.2作業(yè)條件： 2.2.1摩擦面處理：摩擦面采用噴砂、砂輪打磨等方法進(jìn)行處理，摩擦系數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求（一般要求q235鋼為0.45以上，16錳鋼為0.

1/7 扭剪型xx螺栓連接 1.1本工藝標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼結(jié)構(gòu)安裝用扭剪型高強(qiáng)螺栓施工工藝。 2.1材料及主要機(jī)具： 2.1.1螺栓、螺母、墊圈均應(yīng)附有質(zhì)量證明書，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)定。 2.1.2高強(qiáng)螺栓入庫應(yīng)按規(guī)格分類存放，并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不 配套，螺紋損傷時(shí)，不得使用。螺栓、螺母、墊圈有銹蝕，應(yīng)抽樣檢查緊 固軸力， 滿足要求后方可使用。螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持潔凈、干燥狀 態(tài)。必須 按批號，同批內(nèi)配套使用，不得混放、混用。 2.1.3主要機(jī)具：電動扭矩扳手及控制儀、手動扭矩扳手、手工扳手、鋼絲 刷、工具袋等。 2.2作業(yè)條件： 2.2.1摩擦面處理：摩擦面采用噴砂、砂輪打磨等方法進(jìn)行處理，摩擦系數(shù) 應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求（一般要求q235鋼為0.45以上，16錳鋼為0.55以上）。 摩擦面木允 許有殘留氧化鐵皮，處理后的摩擦面可生成赤銹面后安裝螺栓（