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考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

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建筑钢结构进展 2023年第5期25卷 42-52页

作者：高兴王伟同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准... 详细信息

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括:螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明:连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。

关键词：摩擦型高强度螺栓抗剪连接抗滑移性能孔周应力集中有限元分析

摩擦型高强度螺栓孔径及拼接板厚度对拼接节点传力性能的影响

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山东理工大学学报（自然科学版） 2018年第6期32卷 20-23页

作者：李海岗贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵州贵阳550081

为了分析含有摩擦型高强度螺栓连接节点的钢桥在设计及施工过程中经常出现的拼接板过厚及扩孔现象对拼接节点受力的影响,利用ANSYS软件建立简单摩擦型高强度螺栓连接节点的有限元模型,分析了螺栓孔径及拼接板厚对螺栓群传力性能的影响.... 详细信息

为了分析含有摩擦型高强度螺栓连接节点的钢桥在设计及施工过程中经常出现的拼接板过厚及扩孔现象对拼接节点受力的影响,利用ANSYS软件建立简单摩擦型高强度螺栓连接节点的有限元模型,分析了螺栓孔径及拼接板厚对螺栓群传力性能的影响.分析结果表明:螺栓孔径及拼接板厚均会改变螺栓群的传力比;拼接板厚度的增加会使螺栓群出现滑移的时间提前,并改变其极限滑移量;随着螺栓孔径的增加,拼接板件之间的接触压应力及接触摩擦应力减小.

关键词：摩擦型高强度螺栓孔径拼接板厚传力比接触压应力

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摩擦型高强度螺栓连接可靠度的研究

华北水利水电学院学报 2004年第3期25卷 23-25页

作者：解伟忽惠卿刘振波华北水利水电学院河南郑州450011 云南省电力勘测设计院云南昆明650041

为使摩擦型高强度螺栓连接设计计算更趋合理,结合大量有关摩擦型高强度螺栓的试验资料,通过对影响高强度螺栓连接承载能力的多种主要随机因素的分析,利用一次二阶矩实用概率理论,给出了一种当高强度螺栓连接达到最大设计容许承载力时的... 详细信息

为使摩擦型高强度螺栓连接设计计算更趋合理,结合大量有关摩擦型高强度螺栓的试验资料,通过对影响高强度螺栓连接承载能力的多种主要随机因素的分析,利用一次二阶矩实用概率理论,给出了一种当高强度螺栓连接达到最大设计容许承载力时的可靠度的评估方法,并结合具体算例验证了该方法的可行性.

关键词：摩擦型高强度螺栓连接抗力荷载效应可靠度

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摩擦型高强度螺栓在南京长江二桥中的应用

钢结构 2003年第1期18卷 35-36,55页

作者：侯天林中铁宝桥股份有限公司宝鸡721006

结合南京长江二桥钢箱梁节段桥位施工 ,介绍了摩擦型高强度螺栓连接副的作用机理及施工方法。

关键词：摩擦型高强度螺栓南京长江二桥钢箱梁斜拉桥应用

钢结构用摩擦型高强度螺栓应力集中系数解析解

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科学技术与工程 2019年第15期19卷 233-237页

作者：杨光雷宏刚焦晋峰太原理工大学建筑与土木工程学院

根据材料力学的基本原理分析钢结构用摩擦型高强度螺栓的简化模型,提出了在考虑螺纹升角影响时求解应力集中系数的解析式;并通过适当简化提出了简化形式,同时阐释了摩擦型高强度螺栓产生应力集中的原因。最后将计算结果与有限元结果进... 详细信息

根据材料力学的基本原理分析钢结构用摩擦型高强度螺栓的简化模型,提出了在考虑螺纹升角影响时求解应力集中系数的解析式;并通过适当简化提出了简化形式,同时阐释了摩擦型高强度螺栓产生应力集中的原因。最后将计算结果与有限元结果进行比较,证明了解析式的正确性,具有一定的实际意义。

关键词：摩擦型高强度螺栓应力集中系数螺纹升角影响系数解析解

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扩孔对摩擦型高强度螺栓传力影响研究

扩孔对摩擦型高强度螺栓传力影响研究

作者：高小成重庆交通大学

学位级别：硕士

随着大型钢结构体系中高强度螺栓连接的广泛应用,对高强度螺栓的设计、施工提出了更高的要求。在实际工程中,因种种原因螺栓扩孔时有发生,影响结构的安全。国内外针对扩孔的研究集中于高强度螺栓承压型连接和标准扩孔对节点耗能变形的影... 详细信息

随着大型钢结构体系中高强度螺栓连接的广泛应用,对高强度螺栓的设计、施工提出了更高的要求。在实际工程中,因种种原因螺栓扩孔时有发生,影响结构的安全。国内外针对扩孔的研究集中于高强度螺栓承压型连接和标准扩孔对节点耗能变形的影响,对摩擦型螺栓连接扩孔后的承载能力研究较少。本文在总结国内外已有规范和研究成果的基础上,对摩擦型高强度螺栓在抗剪连接中的承载能力性能以及不同扩孔方式对其承载能力影响进行了数值模拟计算分析。本文通过建立Ansys模型对在抗剪连接中的摩擦型高强度螺栓进行模拟。探究了在不同板厚、抗滑移系数、钢材强度等参数下螺栓的连接性能。计算结果显示,除规范中定义的摩擦系数及预紧力大小对承载能力的影响外,连接板的厚度对承载能力同样有较大影响。对于M30螺栓,在标准栓孔下中间板的板厚取值宜大于20mm,拼接板的板厚宜大于12mm。而钢材强度对板件承载能力的影响较小。通过对标准栓孔进行孔型为同心圆的扩大孔处理,探究了采用不同扩孔面积及对不同板件进行扩孔时螺栓连接构件的抗剪承载能力及预紧力松弛状况,给出了扩孔试件的折减设计方法。计算结果表明,扩孔面积越大承载能力越小,预紧力松弛越多。不同板件扩孔时,采用拼接板与中间板全部扩孔对承载力的折减最大,仅拼接板扩孔时折减次之,两者均可取0.85,仅中间板扩孔对承载能力的影响最小,可取0.9的折减。本文同时还研究了当采用非标准孔扩孔时,新旧栓孔之间的圆心距以及扩孔与原孔的位置关系对承载能力的影响。研究表明,开孔距离越大承载能力越小,扩孔圆心距应小于0.2倍的螺栓直径,此时折减系数在0.9以上,圆心距大于此值时,板件承载力折减较大,影响结构体系安全,因而不建议采用。同时本文定义了应力分布均匀系数这一评判指标,对新旧栓孔的位置关系对承载能力的影响进行评判。计算结果表明,开孔位置平行于荷载方向时承载能力折减较大,开孔位置垂直于荷载方向时折减较小,其余位于两者之间。本文的研究成果能够在一定程度上解决高强度螺栓扩孔对承载能力影响大小的问题,为设计人员提供设计依据。

关键词：摩擦型高强度螺栓扩孔有限元承载能力

含竖杆、斜杆的摩擦型高强度螺栓连接节点受力性能研究及参数分析

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含竖杆、斜杆的摩擦型高强度螺栓连接节点受力性能研究及参数分析

作者：李海岗西南交通大学

学位级别：硕士

钢桥的跨越能力大、适于工业化制造、便于运输、便于安装等优点使其快速发展,并且摩擦型高强度螺栓连接的拼接接头广泛应用于钢结构桥梁中;但是在高强度螺栓拼接头中螺栓折断现象广泛存在于钢结构桥梁中,为了保证该类桥梁的正常使用,分... 详细信息

钢桥的跨越能力大、适于工业化制造、便于运输、便于安装等优点使其快速发展,并且摩擦型高强度螺栓连接的拼接接头广泛应用于钢结构桥梁中;但是在高强度螺栓拼接头中螺栓折断现象广泛存在于钢结构桥梁中,为了保证该类桥梁的正常使用,分析含有竖杆、斜杆的高强度螺栓连接大节点的传力性能有重要的意义。本文利用ANSYS建立了高强度螺栓连接的大节点的整体有限元模型及局部模型,并分析了节点中螺栓群的传力比、芯板及拼接板应力分布规律、荷载-滑移关系等,并对比分析了螺栓缺失、拼接板板厚、螺栓孔径对螺栓群传力性能的影响,具体结论如下:(1)螺栓群(含三列螺栓)中各排螺栓的传力比沿纵向呈马鞍型分布,第一排和最后一排螺栓的传力比较大,中间各排螺栓的传力比较小;含有六列螺栓的螺栓群中各排螺栓传递的剪力沿板横向成W型分布;随着螺栓排数的增加,各排螺栓的传力比的差异性加大,但是各螺栓群中第一排螺栓的传力比几乎不变,中间各排螺栓的传力比减小。(2)芯板横截面上轴向应力沿板横向呈波浪形分布,在螺栓轴向连线上应力较小,在行间应力较大;拼接板在两排螺栓之间轴向应力沿板纵向呈波浪形分布,在螺栓中心连线上应力较小,而在螺栓间应力较大。拼接板在两排螺栓之间的轴向应力沿板横向呈波浪形分布,在螺栓连线上应力较小,而在螺栓行间应力较大。(3)在使用阶段螺栓传递的剪力与外荷载呈现正比关系,只是每个螺栓的剪力值不相同。当有螺栓出现滑移后,外荷载与螺栓传递的剪力之间表现出非线性关系,越晚出现滑移的螺栓非线性关系越明显。螺栓进入局部滑移阶段后,同排螺栓的剪力值差别较大,故在用传力比分析螺栓群的受力时应考虑螺栓受力沿板宽方向的不均匀性。(4)随着拼接板厚度的增加螺栓群中各排螺栓传递剪力的不均匀性增加,即第一排螺栓的传力比增加,最后一排螺栓的传力比减小,中间各排螺栓的传力比几乎不改变;随着拼接板厚度的增加,拼接接头出现螺栓滑移的时间越早;拼接板板厚对极限滑移荷载没有影响。(5)高强度螺栓的压力影响区随着螺栓孔径的增加而加大,压力影响区的直径大约为螺栓孔径的2.85倍;随着螺栓孔径的增加,第一排螺栓的传力比递减,最后一排螺栓的传力比递增,中间排螺栓的传力比改变不大;拼接板与芯板之间的接触压应力随着螺栓孔径的增加而减小。(6)在大节点中,螺栓的缺失仅对相邻螺栓群中靠近杆件中心交点的几排螺栓的传力比有影响,但是这种影响较小;在局部模型中螺栓的缺失仅对2倍栓距范围内螺栓的受力有影响;螺栓的缺失会使相应螺栓群的初始滑移荷载下降,极限滑移荷载减小;螺栓的缺失对相邻螺栓群的荷载-滑移曲线影响较小。

关键词：大节点摩擦型高强度螺栓传力比荷载-滑移曲线螺栓缺失

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圆形扩孔对摩擦型高强度螺栓承载力影响分析

公路交通技术 2019年第6期35卷 55-60页

作者：黄东高小成安永日招商局重庆交通科研设计院有限公司

钢桁梁桥在现场安装时会出现杆件与节点板螺栓孔错开的情况,需对螺栓孔进行扩孔处理。但现有规范中大圆孔的扩孔系数是个与扩孔后直径无关的定值,且未考虑由多块钢板组成构件时,其不同扩孔位置对不同板件的影响。而既有成果仅对长孔和... 详细信息

钢桁梁桥在现场安装时会出现杆件与节点板螺栓孔错开的情况,需对螺栓孔进行扩孔处理。但现有规范中大圆孔的扩孔系数是个与扩孔后直径无关的定值,且未考虑由多块钢板组成构件时,其不同扩孔位置对不同板件的影响。而既有成果仅对长孔和无扩孔结构承载力进行了研究,未考虑钢桥安装过程中的实际情况。为此,针对钢桁梁桥节段螺栓孔扩孔问题,采用Ansys有限元分析方法,对拼接板与中间板全部扩孔、仅中间板扩孔、仅拼接板扩孔等3种工况下螺栓的抗滑力进行分析。结果表明,扩孔直径相同时,全部板件开孔螺栓抗滑力损失最大;仅拼接板扩孔次之;仅对中间板开孔时,滑移荷载降速最小。

关键词：圆形扩孔摩擦型高强度螺栓承载力预紧力

钢板厚度变化对摩擦型高强度螺栓承载力的影响分析

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公路交通技术 2018年第6期34卷 74-78页

作者：黄东高小成安永日招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067

随着交通发展需求,建设的钢桁架桥梁越来越多,这些钢桁梁桥梁杆件或板件之间采用高强度螺栓连接较多,并且相连部位存在各种厚度钢板。目前在一些规范中已有高强度螺栓设计方法,但没有明确与型号对应钢板厚度使用范围。为了明确不同板件... 详细信息

随着交通发展需求,建设的钢桁架桥梁越来越多,这些钢桁梁桥梁杆件或板件之间采用高强度螺栓连接较多,并且相连部位存在各种厚度钢板。目前在一些规范中已有高强度螺栓设计方法,但没有明确与型号对应钢板厚度使用范围。为了明确不同板件厚度对摩擦型高强度螺栓承载力的影响,采用了ANSYS有限元分析软件建立了摩擦型高强度螺栓计算模型,分析了不同钢板厚度对摩擦系数、预紧力、钢材强度的影响。结果表明,摩擦型高强度螺栓存在钢板塑性屈服和摩擦面滑移2种极限状态,M30摩擦型高强度螺栓不宜在板厚小于20 mm钢板使用。

关键词：摩擦型高强度螺栓连接板厚度抗剪承载能力