高強度螺栓抗拉連接的仿真及實驗研究.pdf

1、高強度螺栓連接是現(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。在現(xiàn)代設(shè)計理論中除研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件和體系的力學(xué)行為外，另一個重要的方面就是節(jié)點的力學(xué)性能。節(jié)點的力學(xué)性能與計算理論假設(shè)相符程度直接影響到計算結(jié)果的準確性。高強度螺栓連接的力學(xué)性能研究是通過實驗分析獲得的，但實驗手段也有其局限性。本文通過運用有限元法模擬計算分析高強度螺栓抗拉連接的力學(xué)性能，并與實驗結(jié)果相對比。 本文首先對目前高強度螺栓抗拉連接的研究成果、連接

2、的特點及撬力問題進行了闡述。對我國和國外規(guī)范中有關(guān)高強度螺栓連接的計算方法和規(guī)定進行了對比分析。隨后對高強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)力計算方法進行了推導(dǎo)和說明。 模擬高強度螺栓抗拉連接的受力過程包含了一系列復(fù)雜的非線性問題，其中包括了接觸非線性、材料非線性和幾何大變形的問題。為提高分析的準確性本文對連接的主要構(gòu)件高強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，運用其強大的非線性計算能力和豐富的特殊單元解決了分析過程中翼緣板與假設(shè)剛性面的接觸問題，還有高強度螺栓連接的預(yù)拉力模擬問題。文章就連接翼緣板剛度的變化和設(shè)置加勁肋等構(gòu)造措施對連接的高強度螺栓內(nèi)力、翼緣板間的接觸壓力、撬力和節(jié)點剛度的影響進行了對比分析，并對有限元的計算結(jié)果進行了多項式擬合。對所劃分的三種極限承載狀態(tài)所設(shè)置的模型對比分析了連接內(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)點剛度的大小和是

4、否設(shè)置加勁肋的影響較大。根據(jù)計算結(jié)果，討論了高強度螺栓連接計算中螺栓抗拉限制值分別取為0.8po和0.9Po時連接內(nèi)力狀態(tài)的差別。 為檢驗有限元模擬計算結(jié)果及其計算過程中采用的部分假設(shè)的有效性，作者在研究梁柱高強度螺栓連接節(jié)點剛度的實驗中，通過自行設(shè)計壓力傳感器測定高強度螺栓軸力的變化規(guī)律，并將實驗數(shù)據(jù)和有限元計算數(shù)據(jù)對比分析。對比結(jié)果理想，證明在合理的假設(shè)下，對于鋼結(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算鋼結(jié)構(gòu)的相