网架结构中M30高强度螺栓的疲劳性能分析与试验研究

发布时间：2017-06-06 18:00

  本文关键词：网架结构中M30高强度螺栓的疲劳性能分析与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：网架结构在大跨度建筑结构形式中占有重要地位,螺栓球节点网架又以其施工方便快捷、便于拆卸等特点,在国内外的公共建筑、工业厂房等大跨建筑中得到广泛应用。但当螺栓球节点网架中设置悬挂吊车时,在悬挂吊车的往复交变荷载作用下会产生疲劳问题,甚至可能发生疲劳破坏。而在我国相关设计规范规程中对螺栓球节点网架的疲劳设计尚为空白,设计人员无据可依,极大地限制了螺栓球节点网架今后的发展应用。本文通过理论计算分析和试验研究的手段,对设置悬挂吊车的螺栓球平板网架中的M30高强度螺栓的疲劳性能进行了一系列的研究与分析,主要的研究内容总结如下:1.借助ABAQUS有限元分析软件,以M30高强度螺栓为研究对象,对不同形式的螺纹分别进行建模,得出了它们的应力集中系数;对不同外露牙纹数进行建模,得出了它们的应力集中系数并进行对比。又分别研究了高强螺栓的不同加工工艺以及腐蚀和交变荷载对于其疲劳性能的影响,提出了改善高强螺栓疲劳性的相关措施。2、利用MTS疲劳试验机,对M30高强度螺栓的疲劳性能分别进行了常幅与变幅疲劳试验,得到90MPa、100MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、200MPa、210MPa应力幅下,共37个常幅疲劳试验数据,并得到了相应的S-N曲线,并对疲劳破坏机理进行研究。3、借助同济大学开发的3D3S软件,针对某一设置悬挂吊车的螺栓球平板网架进行建模分析,分析了该螺栓球网架在不同荷载组合下的杆件应力分布以及最大位移,找出了同一个杆件及高强螺栓在不同荷载组合下的最大应力与最小应力,特别分析了M30高强度螺栓在不同吊车荷载工况下的应力幅。经计算,可以推算出工厂使用年限内吊车总共运行约56万次。[△σ]560000=106MPa。经统计可知,一些杆件的应力幅高于106MPa,可见,M30高强度螺栓在吊车荷载作用下,并不满足疲劳设计要求。
【关键词】：螺栓球节点网架 悬挂吊车 应力集中 疲劳试验
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU356
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 疲劳概述9-16
• 1.2 应力集中概述16-20
• 1.2.1 应力集中系数17-18
• 1.2.2 有效应力集中系数（疲劳缺口系数）18-20
• 1.3 疲劳问题的研究方法20-23
• 1.3.1 抗疲劳设计方法20-22
• 1.3.2 确定疲劳寿命的方法22-23
• 1.4 本文主要研究内容23-25
• 第二章 高强度螺栓疲劳影响因素分析及改善措施25-55
• 2.1 应力集中影响分析25-53
• 2.1.1 有限元建模过程25-26
• 2.1.2 螺栓球节点的应力分布及应力集中分析26-30
• 2.1.3 螺纹形式不同时的螺栓应力集中分析30-47
• 2.1.4 外露螺纹牙数的应力集中影响分析47-53
• 2.2 加工工艺对疲劳性能的影响53
• 2.2.1 热处理技术对疲劳性能的影响53
• 2.2.2 螺纹加工工艺对疲劳的影响53
• 2.3 提高网架螺栓球疲劳性能的措施53-55
• 第三章 网架用高强度螺栓的疲劳试验研究55-83
• 3.1 疲劳试验的目的55-56
• 3.2 疲劳试验构件及加载装置设计56-61
• 3.2.1 疲劳试验构件设计及加载装置56-58
• 3.2.2 疲劳试验58-61
• 3.3 疲劳试验验证与数据分析61-67
• 3.3.1 疲劳数据整理61
• 3.3.2 实验数据的处理方法61-63
• 3.3.3 M30高强度螺栓常幅S-N曲线63-65
• 3.3.4 与国内已有M30高强度螺栓试验结果对比65-67
• 3.4 疲劳破坏机理研究67-83
• 第四章 网架整体模型的应力状态分析83-123
• 4.1 网架整体模型的建立83-88
• 4.1.1 网架结构的计算方法83-84
• 4.1.2 网架结构模型的建立84-88
• 4.2 悬挂吊车作用下网架的荷载选取88-89
• 4.2.1 悬挂吊车产生的荷载类别88
• 4.2.2 电动悬挂起重机相关技术参数88-89
• 4.2.3 屋面荷载取值情况89
• 4.3 网架整体模型的应力分布及疲劳分析89-123
• 第五章 结论及建议123-125
• 5.1 结论123-124
• 5.2 建议124-125
• 参考文献125-129
• 致谢129-131
• 攻读硕士学位期间发表的论文131

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