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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

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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：鲁建森广州大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： T型连接件高强螺栓撬力螺栓弯矩有限元分析

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撬力对螺栓抗拉连接承载力的影响

地震工程与工程振动 2008年第6期28卷 220-225页

作者：吴兆旗张素梅哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

螺栓抗拉连接中的撬力降低连接的极限承载能力和疲劳性能,在设计中需加以考虑。现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)无相关计算方法的规定。本文利用有限元方法对T形连接抗拉性能进行分析,通过对多个不同尺寸和材料特性的试件进行调查... 详细信息

螺栓抗拉连接中的撬力降低连接的极限承载能力和疲劳性能,在设计中需加以考虑。现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)无相关计算方法的规定。本文利用有限元方法对T形连接抗拉性能进行分析,通过对多个不同尺寸和材料特性的试件进行调查,讨论了各参数对撬力的影响。有限元计算结果和已有分析方法比较发现,AISC-LRFD方法因忽略了螺栓头对翼缘抗弯承载力的提高,低估了翼缘刚度较小情况下的撬力。若对AISC-LRFD计算模型中螺栓线处的弯矩不加以限制,其结果和有限元与试验吻合良好。

关键词：抗拉螺栓连接撬力有限元分析高强螺栓 T形连接设计方法

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端板连接节点中抗拉承载力和撬力计算的探讨

钢结构（中英文） 2022年第5期37卷 44-50页

作者：张圣华柴昶金诚信矿山工程设计院有限公司北京100070 中国钢结构协会北京100088

弯矩作用下的高强度螺栓端板连接中,端板在拉力作用下会发生弯曲变形并产生撬力,相对刚度较弱的连接节点设计中,撬力作用不可忽视。按国内标准设计的端板连接节点普遍存在螺栓数量多、端板厚度大的问题,因而有必要分析撬力Q、节点承载... 详细信息

弯矩作用下的高强度螺栓端板连接中,端板在拉力作用下会发生弯曲变形并产生撬力,相对刚度较弱的连接节点设计中,撬力作用不可忽视。按国内标准设计的端板连接节点普遍存在螺栓数量多、端板厚度大的问题,因而有必要分析撬力Q、节点承载力Nt、螺栓拉力Nb以及螺栓抗拉承载力Nbt之间的关系,并通过对现行标准算式及其参数进行对比研究,找出导致我国标准偏于保守的原因。受拉T型件模型可用于模拟高强度螺栓端板连接节点,国内外的受拉T型件节点试验和理论分析均表明:撬力效应明显的受拉T型件节点,其第一个塑性铰均首先出现在T型件翼板根部附近。随着外拉力Nt逐步增加,T型件翼板由弹性状态逐步进入弹塑性状态,撬力也从无到有,逐步增大,直至螺栓被拉断或T型件翼板完全破坏(在螺栓孔附近出现第二个塑性铰)。外拉力Nt分为Nt1和Nt2两部分,其中Nt1对应T型件翼板根部出现塑性铰时的外拉力,Nt2则与撬力Q在螺栓附近形成弯矩平衡,外拉力Nt的力臂为T型件根部至螺栓孔的距离,撬力Q的力臂为螺栓孔至T型件边缘的距离。根据节点破坏模式和破坏状态下螺栓孔处的弯矩平衡条件,得到节点抗拉承载力Nt、撬力Q、螺栓拉力Nb及破坏模式临界板厚的计算式,根据节点抗拉承载力算式可以绘制节点承载力曲线,并得到三种破坏模式的控制条件及三种破坏模式之间的关系。国内外对于考虑撬力效应的高强度螺栓连接设计方法存在差异,与国外标准的对比结果表明:1)中美标准均是已知外力Nt计算板厚;欧洲标准是已知板厚计算节点抗拉承载力Nt。三者虽然形式上有差别,但计算式原理相同,可以相互转换。2)GB 50017—2017《钢结构设计标准》中高强螺栓抗拉承载力Nbt已计入撬力效应;其他相关钢结构标准中有关节点承载力计算式仍以Nbt作为高强螺栓抗拉承载力上限值,将造成撬力效应的重复计算。3)同条件下,欧美标准计算结果与试验结果较为接近,中国标准计算结果则较保守。后者未对塑性铰位置进行修正是造成其偏于保守的重要因素。4)美国最新标准中进一步对受拉T型件翼板计算宽度进行了限制,欧洲标准中等效T型件的翼板有效计算长度lef是取各种可能破坏形式中的最小屈服线长度作为节点承载力计算依据。中国标准中对计算T型件翼板宽度的规定较为笼统,建议对其进行限制。

关键词：端板连接 T型件抗拉承载力撬力塑性铰

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外伸端板连接构造参数变化对撬力的影响

世界地震工程 2015年第3期31卷 148-155页

作者：刘秀丽王燕青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

钢结构外伸端板连接撬力对节点性能产生不利影响。外伸端板构造形式变化对撬力的影响比较复杂,故撬力准确计算比较困难。进行了外伸端板连接节点端板厚度、螺栓直径以及螺栓布置等构造参数变化对撬力的多因素影响有限元分析,并通过试验... 详细信息

钢结构外伸端板连接撬力对节点性能产生不利影响。外伸端板构造形式变化对撬力的影响比较复杂,故撬力准确计算比较困难。进行了外伸端板连接节点端板厚度、螺栓直径以及螺栓布置等构造参数变化对撬力的多因素影响有限元分析,并通过试验结果进行了验证。分析结果表明:端距、螺栓列横向间距以及端板厚度等构造参数变化对端板连接节点撬力产生不同程度的影响,我国现行规范(JGJ82-2011)撬力计算值与有限元结果基本一致,个别构造特殊的端板连接撬力计算值存在一定的误差。在有限元分析基础上,给出了有效减小撬力的连接构造设计建议,并对我国规范撬力计算公式进行了修正完善,修正公式计算结果与有限元计算结果取得了更好的一致性。

关键词：外伸端板连接构造参数撬力构造设计

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螺栓撬力修正计算方法

建筑结构 2013年第9期43卷 88-91页

作者：白睿郝际平田黎敏黄育琪崔阳阳西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

在螺栓受拉连接设计中,撬力作用对螺栓和连接件的影响不可忽视。分析了钢结构高强螺栓受拉连接采用外伸端板的破坏机理,以及撬力的计算理论,对已有的撬力计算公式进行修正,提出外伸式端板连接受拉螺栓弯矩的近似计算公式,并通过清华大... 详细信息

在螺栓受拉连接设计中,撬力作用对螺栓和连接件的影响不可忽视。分析了钢结构高强螺栓受拉连接采用外伸端板的破坏机理,以及撬力的计算理论,对已有的撬力计算公式进行修正,提出外伸式端板连接受拉螺栓弯矩的近似计算公式,并通过清华大学的相关试验数据进行验证。研究结果表明:按照文中的方法计算螺栓撬力及弯矩是可行的。

关键词：高强螺栓撬力节点连接 T形接头弯矩

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外伸式端板螺栓连接中的撬力分析

建筑结构 2006年第8期36卷 10-12,19页

作者：郭兵山东建筑大学土木工程学院

采用考虑接触问题的有限单元法对外伸式端板螺栓连接中普遍存在的撬力问题作分析,重点探讨端板接触面中挤压力的大小、分布规律以及影响撬力的主要因素。结合工程应用提出了减小撬力作用和考虑撬力影响的设计建议和方法。

关键词：撬力端板螺栓连接有限元法接触

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高强螺栓端板连接的撬力分析与研究

工业建筑 2008年第9期38卷 99-103页

作者：王燕郑杰青岛理工大学土木工程学院青岛266033 济宁市建筑设计研究院济宁272125

利用有限元软件ANSYS分析和研究了外伸端板高强螺栓受拉连接接头破坏的Mises等效应力云图、端板变形、撬力分布以及螺栓拉力变化及分布。证明了撬力在端板连接中是显著存在的;增加端板厚度及设置加劲肋能够减小撬力影响;撬力的作用使高... 详细信息

利用有限元软件ANSYS分析和研究了外伸端板高强螺栓受拉连接接头破坏的Mises等效应力云图、端板变形、撬力分布以及螺栓拉力变化及分布。证明了撬力在端板连接中是显著存在的;增加端板厚度及设置加劲肋能够减小撬力影响;撬力的作用使高强螺栓拉力提高,外伸端板高强螺栓拉力的分布是以受压翼缘为转动中心的梯形分布。提出了考虑撬力作用的理论计算公式,算例结果表明,考虑撬力设计的计算公式较为简单并具有较好的设计适用性。

关键词：高强螺栓有限元撬力端板连接 T型接头

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法兰节点连接中的撬力有限元分析

四川建筑科学研究 2015年第4期41卷 17-19页

作者：陈冬郭耀杰曾德伟武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

针对法兰节点设计中受撬力影响的问题,采用ANSYS进行了非线性有限元分析,考虑了荷载大小以及法兰板厚对撬力的影响。分析结果表明,在施加荷载应力比不超过0.81时,法兰节点变形量与荷载大小保持直线关系,此时可以认为法兰是刚性的。随着... 详细信息

针对法兰节点设计中受撬力影响的问题,采用ANSYS进行了非线性有限元分析,考虑了荷载大小以及法兰板厚对撬力的影响。分析结果表明,在施加荷载应力比不超过0.81时,法兰节点变形量与荷载大小保持直线关系,此时可以认为法兰是刚性的。随着板厚的增大,法兰节点的刚度也不断增大,撬力所占的比例呈逐渐下降的趋势,当板厚较大时,撬力的影响趋近于零。法兰节点连接螺栓撬力的影响比规范中要大,建议规范中的公式更改为fbt=0.75f。

关键词：法兰节点撬力有限元分析螺栓

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铝合金T形受拉接头撬力影响因素有限元分析

武汉大学学报（工学版） 2007年第1期40卷 91-95页

作者：张贵祥石永久王元清清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

通过有限元参数分析研究了影响螺栓连接铝合金T形受拉接头撬力的一些因素,包括:T形件翼缘厚度,预紧力的大小,T形件及螺栓材料,边距系数大小.通过分析有限元计算结果,研究了这些因素对撬力大小的影响.

关键词：铝合金T形接头受拉撬力有限元参数分析