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考虑预拉力损失的风力机法兰螺栓群松动程度监测方法研究

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工程力学 2024年

作者：吕伟荣黄鼎翔戚菁菁卢倍嵘吴佳强徐伟中国铁塔股份有限公司益阳市分公司湖南科技大学土木工程学院

基于螺栓受力特点，提出了外力作用下存在预拉力损失螺栓群先后经历2阶段受力状态，即正常受力和松动状态，其中松动状态为外力完全由螺栓承担，法兰连接刚度将随着松动状态螺栓数量增多而下降明显，导致连接面附近塔筒应变显著变化。... 详细信息

基于螺栓受力特点，提出了外力作用下存在预拉力损失螺栓群先后经历2阶段受力状态，即正常受力和松动状态，其中松动状态为外力完全由螺栓承担，法兰连接刚度将随着松动状态螺栓数量增多而下降明显，导致连接面附近塔筒应变显著变化。针对风力机塔筒连接法兰螺栓具有数量多且难以监测的特点，引入圣维南原理，提出了现场监测螺栓群上方筒壁上、下应变的现场监测方案，即通过确定上、下测点应变比K值曲线脱离点位置及高度h的不同，可实现对螺栓群松动程度的精准识别。有限元分析结果表明，当上、下测点间距大于0.7d（d为塔筒直径）时，塔筒直径上测点应变仅与荷载有关，而与螺栓群松动程度无关，将其视为“等效荷载”不仅可行，而且能与下测点应变同步变化。同时，为提高螺栓群松动程度监测的精度和经济性，建议采用上、下测点错位布置，在有效减少监测点数量的同时，亦可满足监测精度和经济性要求，可供实际工程选用。

关键词：螺栓预拉力连接面预压力法兰连接圣维南原理等效荷载

预拉力对单向螺栓T形件连接节点受力性能影响的研究

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预拉力对单向螺栓T形件连接节点受力性能影响的研究

作者：张明普河北建筑工程学院

学位级别：硕士

装配式钢结构建筑符合新型建筑工业化发展的需求,是当前我国大力发展的一类装配式建筑。梁柱连接节点始终是影响结构性能、可建造性和制作安装成本的关键环节。开口截面梁与空心钢管柱或钢管混凝土柱的全螺栓连接是近年来建筑钢结构领... 详细信息

装配式钢结构建筑符合新型建筑工业化发展的需求,是当前我国大力发展的一类装配式建筑。梁柱连接节点始终是影响结构性能、可建造性和制作安装成本的关键环节。开口截面梁与空心钢管柱或钢管混凝土柱的全螺栓连接是近年来建筑钢结构领域的一个研究热点。单向螺栓因其可在柱壁单侧安装,实现单侧拧紧,受到国内外学者及工程技术人员的普遍关注,特别是针对自锁式单向螺栓开展了大量端板连接、T形件连接等梁柱节点的试验研究和数值模拟分析。高强螺栓的预拉力对连接节点各项性能均具有重要影响,一般通过拧紧力矩进行控制。单向螺栓与一般的高强螺栓工作机理不同,在相同的拧紧力矩作用下,其预拉力的数值不同。选用国内外研究较多的单向螺栓Hollo-Bolt进行研究,对单向螺栓单侧拧紧进行了有限元仿真模拟,探究单向螺栓拧紧力矩与螺栓预拉力及套筒张角之间的关系,简化方钢管柱—H型钢梁外伸端板单向螺栓连接节点为单向螺栓T形件连接节点,通过有限元软件模拟此连接节点,对此节点施加单调静力荷载,研究不同预拉力下节点的受力性能,在此基础上,研究T形件翼缘板的厚度、栓距、螺孔直径等T形件尺寸参数对连接节点力学性能的影响。得到如下结论:（1）对高强螺栓与单向螺栓施加相同的拧紧力矩,二者产生的螺栓预拉力不同,得到了单向螺栓拧紧力矩与预拉力的关系曲线,重新给出了计算单向螺栓预拉力的理论公式中扭矩系数K,并得到了单向螺栓预拉力与套筒张角关系曲线。（2）在单调静力荷载作用下,对于单向螺栓T形件连接节点,相同的尺寸参数下,提高单向螺栓预拉力,节点的抗拉承载力基本无变化,初始刚度得到提高。单向螺栓预拉力从26k N提高至100k N时,节点初始刚度均得到了不同程度的提高。（3）在单调静力荷载作用下,分析了单向螺栓T形件连接节点在59k N单向螺栓预拉力下的破坏模式与单向螺栓抗拉承载力。（4）分析了三种预拉力作用下T形件不同尺寸的节点的受力性能,得到了T形件各尺寸参数对单向螺栓T形件连接节点抗拉承载力和初始刚度的影响。

关键词：单向螺栓螺栓预拉力 T形件抗拉承载力初始刚度

输电铁塔连接节点螺栓群力分配与螺栓布置形式和预拉力的关系研究

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输电铁塔连接节点螺栓群力分配与螺栓布置形式和预拉力的关系研究

作者：杨昌南昌大学

学位级别：硕士

输电铁塔属于空间桁架结构,节点众多,抗剪螺栓连接在输电铁塔的节点连接中应用非常普遍。当抗剪螺栓连接处于弹性阶段时,螺栓群中各个螺栓的受力不均匀,因此,研究抗剪螺栓连接节点在工作状态时各螺栓受力的分配情况,对于设计出传力明确... 详细信息

输电铁塔属于空间桁架结构,节点众多,抗剪螺栓连接在输电铁塔的节点连接中应用非常普遍。当抗剪螺栓连接处于弹性阶段时,螺栓群中各个螺栓的受力不均匀,因此,研究抗剪螺栓连接节点在工作状态时各螺栓受力的分配情况,对于设计出传力明确、构造简单、安全可靠的螺栓连接节点,具有重要意义。基于弹性力学理论和材料力学理论,分别推导出了连接板仅有轴向变形、仅有局部变形、同时具有轴向变形和局部变形时各螺栓的受力计算表达式;采用有限元法对抗剪螺栓连接体系进行模拟,得到了螺栓群传力比与螺栓布置形式之间的关系,螺栓孔局部变形的影响系数与螺栓布置形式之间的关系。研究表明:(1)在连接件中,如果连接板的变形主要为板轴向变形,则连接力主要由前、后两排螺栓传递,中间的螺栓传递的力很小;(2)如果连接板变形主要为螺栓孔处的局部变形,则连接力主要由全部连接螺栓平均传递;(3)连接螺栓群的实际受力分配一般介于上述两种情况之间,且连接件中各螺栓的受力分配与螺栓布置形式有关。对于输电钢管塔,主材与主材之间的连接一般为法兰连接。在轴拉或者弯矩作用下,法兰盘之间容易脱离,螺栓容易松动。给螺栓施加一定的预拉力,可以使法兰盘之间贴合紧密,在保证连接节点整体性的同时,有效降低螺栓松动的可能性。考虑螺栓预拉力的影响,基于材料力学理论,推导出了法兰连接在抗拉时螺栓的受力计算表达式,并且得到了螺栓的拉力随外力的变化规律;考虑到当法兰盘之间贴合紧密时,中和轴的位置在法兰盘横截面的中央,基于材料力学理论,推导出了法兰连接在抗弯时螺栓的受力计算表达式。

关键词：输电铁塔抗剪螺栓连接螺栓布置形式螺栓预拉力法兰连接

Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析

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西安理工大学学报 2017年第2期33卷 180-186页

作者：郭宏超皇垚华李炎隆刘云贺简政西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048 陕西省建筑科学研究院陕西西安710082

为了更好地发挥高强度钢材的承载性能,保证高强度钢材连接节点的性能和质量至关重要,本文对螺栓预拉力、连接板表面状态、钢材等级及连接板厚度等因素进行了参数分析,并与GB50017、ANSI、EC 3规范理论计算值进行了对比,讨论了不同规范... 详细信息

为了更好地发挥高强度钢材的承载性能,保证高强度钢材连接节点的性能和质量至关重要,本文对螺栓预拉力、连接板表面状态、钢材等级及连接板厚度等因素进行了参数分析,并与GB50017、ANSI、EC 3规范理论计算值进行了对比,讨论了不同规范的适用性。结果表明:螺栓预拉力对连接抗剪强度和变形没有影响;抗滑移系数从0.35增加到0.50,连接的变形值减小15.5%,承载力几乎没有提高;钢材屈服强度从345 MPa增加到690 MPa,承载力提高了1.58倍,而变形能力明显降低,延性变差;增加钢板厚度能显著提高连接承载能力,连接的破坏模式由钢板横向撕裂破坏发展为栓杆剪切破坏。

关键词：高强度钢材螺栓预拉力摩擦系数抗剪性能折减系数

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腐蚀环境下摩擦型高强螺栓连接承载力研究

腐蚀环境下摩擦型高强螺栓连接承载力研究

作者：王智文苏州科技大学

学位级别：硕士

随着钢结构快速发展,长期服役钢结构越来越多,钢结构耐腐蚀性差的缺点显得十分突出,尤其是暴露在大气中的钢结构桥梁。随着防腐蚀手段的逐步失效,腐蚀介质的侵入,不仅导致截面减损从而改变几何参数,而且导致钢材材性劣化从而变脆,最终... 详细信息

随着钢结构快速发展,长期服役钢结构越来越多,钢结构耐腐蚀性差的缺点显得十分突出,尤其是暴露在大气中的钢结构桥梁。随着防腐蚀手段的逐步失效,腐蚀介质的侵入,不仅导致截面减损从而改变几何参数,而且导致钢材材性劣化从而变脆,最终导致承载力下降、表面损伤、延性降低等。腐蚀主要从钢材、构件、连接和结构四个方面产生影响,本文从钢材性能和摩擦型高强螺栓连接承载力两个方面探讨腐蚀的影响。本文采用的加速腐蚀试验方法是电解腐蚀,其多用于模拟钢筋混凝土结构腐蚀,而用于钢结构研究较少,因此,首先研究电解腐蚀后Q235B钢板的腐蚀效果,再将其用于腐蚀摩擦型高强螺栓连接。电解腐蚀后Q235B钢板力学性能研究,主要研究电解腐蚀法对钢板表面的腐蚀形态及力学性能的影响。结果表明:(1)Q235B钢板在电解腐蚀条件下均匀腐蚀和点蚀同时发生,随着腐蚀程度增加,点蚀现象越明显;腐蚀段与未腐蚀段交界处腐蚀深度大于腐蚀段腐蚀深度;电解腐蚀能较好的模拟自然大气环境中的腐蚀形态。(2)随着腐蚀程度的增加,Q235B钢板力学性能出现了不同程度的变化,屈服强度、抗拉强度呈现明显的线性退化趋势,而强屈比呈现明显的上升趋势。通过分析试验数据,建立了屈服强度、抗拉强度、强屈比与腐蚀率之间的关系式。摩擦型高强螺栓连接中螺栓预拉力是十分重要的参数,与抗滑移系数和承载力关系密切,所以为了测量松弛及腐蚀对高强螺栓预拉力变化,在高强螺栓轴力标定试验中通过在螺栓中心轴线开贯穿圆孔的形式将光纤布拉格光栅传感器封装于螺栓内来测量螺栓预拉力,并通过有限元模拟确定了传感器安装位置。通过高强螺栓轴力标定试验,确定了高强螺栓轴力与传感器测点应变之间的关系。结果表明:当螺栓轴力在170k N以下时,螺栓轴力和传感器测点应变完全符合线性关系,高强螺栓处于弹性阶段,通过传感器测点应变得到螺栓轴力是完全可行的;当螺栓轴力达到设定值170k N时,每个传感器测点应变有所不同,这是因为传感器安装位置不同造成的,表明采用本文安装方式存在误差,因此螺栓需要进行螺栓轴力标定。在腐蚀环境下摩擦型高强螺栓连接承载力研究中,首先,依据规范制作了摩擦型高强螺栓连接试件,接着通过监测光纤布拉格光栅传感器应变将试件完成组装,接着测量了螺栓预拉力的松弛,然后对高强螺栓连接进行了不同程度的腐蚀,最后进行抗剪试验。分析试验结果和数据,得到以下结论:(1)螺栓终拧1小时后松弛超过50%总松弛,5小时以后松弛减小变得十分缓慢,此时松弛达到80%总松弛;48小时后松弛接近完成。(2)螺母、垫圈、螺栓螺纹部以及螺栓与盖板、母板接触面上几乎没有发生腐蚀,溶液几乎没有从螺栓周围的接触面渗透;接触面以红锈为主,接触面的螺栓孔周围与接触面其他区域相比没有进行腐蚀。(3)盖板四周腐蚀深度大于螺栓孔周围腐蚀深度。(4)随着腐蚀深度的增加,螺栓轴力减小。(5)试件荷载—位移曲线有四个明显的阶段:(1)摩擦传力阶段,(2)滑移阶段,(3)屈服强化阶段,(4)失效阶段。(6)第一组试件由于受到松弛影响,滑移荷载都小于计算承载力;而摩擦型高强螺栓连接在腐蚀和松弛共同作用下,滑移荷载都高于计算承载力,腐蚀作用反而提高了试件承载力。(7)随着腐蚀时间的增加,接触面因腐蚀产生的红锈面积越来越大,同时红锈越厚,这是滑移系数随着腐蚀深度变大而变大的原因。在试验研究的基础上,本文对腐蚀的摩擦型高强螺栓连接进行了有限元模拟,建模时考虑了腐蚀造成的盖板截面损失、滑移系数变化和螺栓轴力变化。通过将有限元结果和试验结果进行比较,验证了运用有限元数值模拟方法分析腐蚀后摩擦型高强螺栓连接的适用性和有效性。

关键词：摩擦型高强螺栓连接腐蚀深度螺栓预拉力松弛滑移荷载

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九江长江大桥高强度螺栓施工

世界桥梁 1993年第1期 77-81页

作者：万方沈庆龙吕继岳李为民铁道部大桥局二处铁道部大桥局桥研所

高强度螺栓施拧是控制全桥施工进度和质量的关键。由于采用了磷化高强度螺栓,进行了大量的试验与研究工作,并通过实践制定出可行的《施拧工艺》,采用扭矩法施工和紧扣检查,使螺栓预拉力达到了设计要求,从而保证了全桥钢梁顺利安装,确保... 详细信息

高强度螺栓施拧是控制全桥施工进度和质量的关键。由于采用了磷化高强度螺栓,进行了大量的试验与研究工作,并通过实践制定出可行的《施拧工艺》,采用扭矩法施工和紧扣检查,使螺栓预拉力达到了设计要求,从而保证了全桥钢梁顺利安装,确保了上拱度,质量优良。

关键词：高强度螺栓施工定扭矩电动板手扭矩系数板面滑动摩擦系数施拧扭矩螺栓预拉力

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涂层摩擦面高强度螺栓连接性能试验研究

涂层摩擦面高强度螺栓连接性能试验研究

第五届全国现代结构工程学术研讨会

作者：王庆梅侯兆新董晓辉高建忠

本文介绍了表面涂锌加涂料后高强度螺栓连接的抗滑移系数和预拉力试验研究。得出了螺栓预拉力的变化规律,对抗滑移系数的各种影响因素进行了分析,并对有涂层时高强度螺栓连接承载力和抗滑移系数给出了设计建议。

关键词：高强度螺栓连接抗滑移系数涂层摩擦面螺栓预拉力

来源： cnki会议评论

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剪切扩孔型螺栓连接的力学性能与设计方法

剪切扩孔型螺栓连接的力学性能与设计方法

土木工程新材料、新技术及其工程应用交流会

作者：王雪飞胡淑军熊进刚曾思智江西中煤建设集团有限公司南昌大学建筑工程学院江西省近零能耗建筑工程实验室

罕遇地震下,消能梁段需进一步提高其延性和耗能能力,以提高偏心支撑结构的抗震性能。本文基于在短剪切型消能梁段端部设置扩孔型螺栓连接,提出一种新型剪切扩孔型螺栓连接。采用校正的有限元方法对剪切扩孔型螺栓连接进行详细分析,由此... 详细信息

罕遇地震下,消能梁段需进一步提高其延性和耗能能力,以提高偏心支撑结构的抗震性能。本文基于在短剪切型消能梁段端部设置扩孔型螺栓连接,提出一种新型剪切扩孔型螺栓连接。采用校正的有限元方法对剪切扩孔型螺栓连接进行详细分析,由此明确抗滑移系数、螺栓预拉力和长圆孔尺寸对其力学性能的影响,并建立相应的设计方法。另外,所提出构件将有效提高短剪切型消能梁段的延性和耗能能力。

关键词：剪切扩孔型螺栓连接抗滑移系数螺栓预拉力长圆孔尺寸力学性能

来源： cnki会议评论

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深圳华融大厦型钢混凝土组合结构设计

建筑结构 2005年第6期35卷 75-78页

作者：刘维亚吴真一深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司 518054

深圳华融大厦的框架筒体结构采用型钢混凝土混合结构框架,可以解决跨度大、梁高受限的问题。从结构选型、整体计算分析等方面介绍了深圳华融大厦的结构设计,阐述了框架柱错位处理方法及转换桁架等特殊构件的设计要点,在型钢混凝土结构... 详细信息

深圳华融大厦的框架筒体结构采用型钢混凝土混合结构框架,可以解决跨度大、梁高受限的问题。从结构选型、整体计算分析等方面介绍了深圳华融大厦的结构设计,阐述了框架柱错位处理方法及转换桁架等特殊构件的设计要点,在型钢混凝土结构设计时应充分考虑型钢制作和安装的特点。

关键词：深圳华融大厦型钢混凝土结构建筑结构抗震设计螺栓预拉力

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