基于增大撬力考虑弯矩作用的受拉T型连接高强螺栓设计方法

作     者：鲁建森 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：暴伟

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：T型连接件 高强螺栓 撬力 螺栓弯矩 有限元分析 

摘      要：T型连接件是钢结构受拉连接接头的简化形式,与高强螺栓形成组合件作为连接的典型分析单元。国内外学者对其进行了大量的研究,建立了T型连接组合件的基本设计理论,提出了相应设计方法,但国内外规范通常认为螺栓为只承受轴心拉力,所受附加力只有撬力而并未考虑弯矩的影响。而试验表明,螺栓受拉时存在不可忽略的弯矩,应在设计时予以考虑。本文以上下对称的T型件连接高强螺栓为研究对象,变化预紧力、内外板长度等影响因素,设计4个试件,进行T型件单向荷载拉伸试验。试验表明:1)螺栓确实处于拉弯状态,有无预紧力的螺栓屈服时,弯曲应力占总应力的最大比值分别为32.68%、46.69%。弯曲应力占比较大,不可忽略。2)增大外板长度可以略微减小弯曲应力的占比;增大预紧力可以减少弯曲应力的占比,但会增大螺栓的轴向应力。本文通过有限元软件进行扩大参数分析,重点讨论了T型件板厚变化、内外板长变化、板宽变化等对螺栓内力的影响。分析表明:增大外板长度对螺栓的内力影响较小,可忽略不计;当内外板长比值为1时,随着内板长的减小,螺栓所受弯矩减小,相同荷载下,螺栓的轴向应力和弯曲应力都会减小,其承载能力得到提升;当T型件的上下翼缘板厚度相同时,板厚越大,其弯曲变形的能力减弱,所产生的附加力（弯矩和撬力）变小,螺栓的轴向应力和弯曲应力都减小;当T型件的上下翼缘板厚不同时,其刚度相差超过2.2EI后,在螺栓刚度不变的情况下,螺栓所受应力大小主要取决于薄板;增大T型件翼缘板的宽度,可以增大其刚度,减小变形,降低螺栓的轴向应力和弯曲应力,提高螺栓的承载力。研究表明,T型件翼缘板厚度是影响螺栓应力的重要参量。因此,在设计T型连接件时,建议相同条件下,T型件的尺寸设计为内板长度较小、翼缘板厚度较大,宽度和外板长度取构造要求。本文通过理论和数值模拟相结合的方法得到了弯矩影响系数k,并以此提出了考虑弯矩影响板厚修正计算方法。实例分析表明该设计方法相比现行国内规范,可更大程度上避免高强螺栓应力超限问题,工程应用的安全性更高。本文在此基础上,梳理了设计方法,提出了可行的设计建议。