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为什么传力接头要用高强度螺栓

发布时间:2021-10-23 09:47:01
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为什么传力接头要用高强度螺栓?为了科学研究磨擦式高强度螺栓接头的物理性能和承载力,对两组样品进行了有限元分析、模拟计算分析和实验科学研究。分析数排螺栓的传力比、细木工板和拼凑板的横截面应力、接触面积的摩擦应力。模拟计算结果和实验结果显示,几排螺栓的传力比分布在马鞍上,两边大,中间小;细木工板和拼凑板的地面应力沿板的横向和垂直波动;不同螺栓工作压力危害区的直径为2.85倍。实验结果与有限元分析模拟计算结果一致,认证了有限元的准确性。本文获得的部分工作经验的主要参数可以参考此类连接点设计方案的计算。


磨损型高韧性螺栓连接具有操作简单、可拆卸、连接全面、弯曲刚度好、耐疲劳、不松动、安全等优点,是钢桥安装的具体方法之一1。40硼钢高韧性螺栓于1958年在我国成功研发,为工程施工连接提供了便利,使焊接钢桥在我国逐步向大跨度发展2。九江长江大桥钢柱采用直径27mm的高韧性螺栓,预支撑力为300kn3。目前,我国有三个具体的高韧性螺栓摩擦连接设计方案。其中,GB17-2003《钢结构强度螺栓连接设计规范》4和《钢结构强度螺栓连接设计》5得出了单独高强度螺栓抗滑承载能力设计方案值、径向承载能力设计方案值、剪应力和载荷的计算方法。TB10002.2-2005《铁路桥梁钢结构设计规范》6得出单独高强度螺栓允许抗滑承载能力的计算方法及其当法当抗滑面连接螺栓数超过6排或替尼滑面连接螺栓数超过4排时,第一排螺栓传力比设计方案值。上述标准均未得出连接接头板地应力计算方法,抗滑面滑动摩擦力遍布规律性及其数排螺栓传力比。世界各国对高强度螺栓的承载力进行了一些实验科学研究7-11,但选择实验方法的科学研究连接点相对简单,时间和经济发展消耗较大。随着有限元方法的发展趋势,双法兰传力接头有限元分析模拟计算逐渐成为一种可行的研究方法。参考文献12模拟计算火灾事故作用下三个螺栓连接翼缘板连接柱梁连接点的结构力学特性;参考文献13根据模拟计算,科学研究四个螺栓连接接头的弯曲特性;参考文献14根据显式驱动力分析模拟计算火灾事故作用下螺栓连接接头的物理性能。以上研究对象基本上是建筑结构中常见的柱梁连接点,不同于桥梁结构中长列螺栓摩擦连接接头。长螺栓接头螺栓总数多,摩擦接触面积大,几排螺栓承载力不均匀。必须认真科学研究其传力特性,找出其基本规律,为设计方案提供必要参考。本文选用有限元分析模拟计算和实验研究思路对数排螺栓传力比、细木工板和拼凑板的横截面地应力、接触面积摩擦地应力的规律性进行分析,可参考桥梁结构高韧性螺栓摩擦拼凑接头的设计方案计算。

为什么传力接头要用高强度螺栓

1.样品规格见图1。

试样197-2003《结构高强度螺纹连接设计》、《施工及验收规范》5和《钢结构工程质量检验评价标准》15

由于连接点板的客观性不均匀(厚钢板更突出),螺栓拧紧时板会缩小变形,三排螺栓安装时螺栓会不同水平松动,实验应准确测量螺栓的预抗拉力。考虑到样品承载力对称,每个样品选择9个螺栓进行精确测量。每个螺栓在螺栓杆上对称开启两个浅槽,槽底放置电阻应变片,表面覆盖环氧树脂多方面维护;在螺栓头中间的匹配部分开一个孔,引出输电线。

根据应变力测量螺栓的预抗拉力。M16螺栓预抗拉力为78~84kn,模拟计算时预抗拉力为80kn。


由于细木工应变片的困难,必须在细木板上打槽粘贴电阻应变片,本实验必须布置更多的电阻应变片,粘贴更困难,不能保证存活率。因此,本文在拼凑板上布置电阻应变片(见图2),根据拼凑板的应力计算细木工板的应力,校对有限元分析模拟计算结果。

2.创建通用有限元软件ANSYS进行数值模拟,板和高强度螺栓用于模拟45实体线模块;拼凑板与细木工板之间的接触面积用CONTA173触摸模块模拟;根据预应力钢筋模块Prets179,高强度螺栓的预抗拉力增加。总体实体模型和螺栓实体模型见图3。选择一端固定,一端增加外力载入。

3.每行螺栓传递的作用力与所有螺栓传递的总外力之比称为传力比。如果双法兰松套传力接头N排螺栓传力均匀,则每行螺栓传力之比为1/N。

由于本实验是拼凑接头拉伸实验,本文的关键是沿拼凑板径向地应力实验结果和有限元分析结果,原文中地应力均为径向地应力。由于压力在拼凑板截面上波动较大,具体布局测量点可能位于地应力峰焊或地应力谷,不能全面反映拼凑板的地应力;有限元原理可以全面形象地获得拼凑板的地应力。因此,本文仅得出数排螺栓传力比有限元分析值,见表1~表2。

图4为数排螺栓的传力比柱形图。


根据有限元分析模拟计算计算和实验科学研究,分析高强度螺栓连接预制构件的传力特性,得出以下结果:

(1)双法兰限位传力接头几排螺栓传递的力不均匀,其传力比马鞍子型遍布,第一排和最后一排螺栓传递载荷较大 ,先后向中间螺栓下降。

(2)拼凑板地面应力沿板径向波浪,尺寸为两色,螺栓中心连接应力小,螺栓间地面应力大;细木工板地面应力沿板径向波浪,但尺寸规则反过来。

(3)拼凑板栓孔间横截面的地应力沿板横向波浪,尺寸为两色,螺栓连接的地应力较小,而螺栓行和行地应力较大;细木工板栓孔间横截面的地应力与拼凑板相同。

(4)模拟计算结果显示,不同螺栓工作压力危害区的直径是螺栓孔直径的2.85倍。

(5)有限元分析值与实验结果一致,说明选择有限元分析实体线模块对高韧性螺栓拼凑接头的模拟计算方法是可行的,可以获得其形象化载力。


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