高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高強(qiáng)度螺栓連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中最常用的連接方式，它具有質(zhì)量穩(wěn)定安全高效的特點(diǎn)。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論中除研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件和體系的力學(xué)行為外，另一個(gè)重要的方面就是節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能與計(jì)算理論假設(shè)相符程度直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。高強(qiáng)度螺栓連接的力學(xué)性能研究是通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析獲得的，但實(shí)驗(yàn)手段也有其局限性。本文通過(guò)運(yùn)用有限元法模擬計(jì)算分析高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的力學(xué)性能，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比。 本文首先對(duì)目前高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的研究成果、連接

2、的特點(diǎn)及撬力問(wèn)題進(jìn)行了闡述。對(duì)我國(guó)和國(guó)外規(guī)范中有關(guān)高強(qiáng)度螺栓連接的計(jì)算方法和規(guī)定進(jìn)行了對(duì)比分析。隨后對(duì)高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的三類極限狀態(tài)，以及各狀態(tài)的主要內(nèi)力計(jì)算方法進(jìn)行了推導(dǎo)和說(shuō)明。 模擬高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的受力過(guò)程包含了一系列復(fù)雜的非線性問(wèn)題，其中包括了接觸非線性、材料非線性和幾何大變形的問(wèn)題。為提高分析的準(zhǔn)確性本文對(duì)連接的主要構(gòu)件高強(qiáng)度螺栓和連接翼緣板的材料模型分別取用雙線性和多線性自然應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。分析選用大型通用有限元程

3、序ANSYS，運(yùn)用其強(qiáng)大的非線性計(jì)算能力和豐富的特殊單元解決了分析過(guò)程中翼緣板與假設(shè)剛性面的接觸問(wèn)題，還有高強(qiáng)度螺栓連接的預(yù)拉力模擬問(wèn)題。文章就連接翼緣板剛度的變化和設(shè)置加勁肋等構(gòu)造措施對(duì)連接的高強(qiáng)度螺栓內(nèi)力、翼緣板間的接觸壓力、撬力和節(jié)點(diǎn)剛度的影響進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)有限元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了多項(xiàng)式擬合。對(duì)所劃分的三種極限承載狀態(tài)所設(shè)置的模型對(duì)比分析了連接內(nèi)力的變化規(guī)律。撬力隨外加荷載變化的規(guī)律復(fù)雜，而且撬力的變化規(guī)律受節(jié)點(diǎn)剛度的大小和是

4、否設(shè)置加勁肋的影響較大。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論了高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算中螺栓抗拉限制值分別取為0.8po和0.9Po時(shí)連接內(nèi)力狀態(tài)的差別。 為檢驗(yàn)有限元模擬計(jì)算結(jié)果及其計(jì)算過(guò)程中采用的部分假設(shè)的有效性，作者在研究梁柱高強(qiáng)度螺栓連接節(jié)點(diǎn)剛度的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)自行設(shè)計(jì)壓力傳感器測(cè)定高強(qiáng)度螺栓軸力的變化規(guī)律，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比分析。對(duì)比結(jié)果理想，證明在合理的假設(shè)下，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)這類較為符合理論假設(shè)的材料，采用有限元法模擬計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的相