不同螺栓边距对角（槽）钢螺栓连接性能影响的试验研究及有限元分析

发布时间：2020-06-10 18:07

【摘要】：随着工业经济增速发展,近年来我国钢结构的产量和使用量一直保持高速增长,其在建设工程市场所占的份额越来越大、建筑类型越来越复杂,因此对钢结构设计、施工等方面提出更高的要求。但我国钢结构设计应用方面还存在许多问题和不足,最为明显的是相关技术标准滞后于欧美等发达国家,加工工艺方面与国外有明显差距。查阅对比规范,德国钢结构设计规范对角钢螺栓孔边距和位于槽钢腹板处的螺栓孔边距(螺栓孔中心到肢背距离)有小于等于8t(t为角钢肢厚、槽钢腹板厚)的规定,而我国钢结构设计规范对角钢、槽钢螺栓边距的取值还未有相关规定,仅在《钢结构设计手册》中给出建议设计值。目前,国内对角钢(槽钢)螺栓连接受拉撕裂破坏的相关研究较少,对槽钢螺栓连接的承载力计算方法无明确规定。为深入研究螺栓边距对角钢(槽钢)螺栓连接工作性能的影响,本文设计了2组热轧等边角钢螺栓连接试件和2组热轧普通型槽钢螺栓连接试件,对所有试件进行静力加载试验;同时利用通用有限元软件ABAQUS进行仿真模拟,通过建立73个角钢螺栓连接模型和39个槽钢螺栓连接模型进行变参数分析,主要研究内容包括:(1)对4组角钢、槽钢与螺栓抗剪连接试件进行试验研究,得到试件的荷载-位移曲线、极限承载力、变形以及试件极限受拉破坏模式。角钢试件中,随螺栓边距的增大,荷载-位移曲线在塑形阶段的斜率下降明显,表现为极限承载力和变形均下降;角钢有1号螺栓孔两侧撕裂和1号螺栓孔到肢尖净截面撕裂破2种极限破坏模式;槽钢试件中,每组三个相同试件表现出相似的受力性能,验证了每组试验得到数值准确性。(2)运用有限元软件ABAQUS对试件进行加载模拟,利用材性试验的本构关系进行计算,得到荷载-位移曲线和试件破坏模式等,并将结果与试验结果进行对比,结果表明有限元结果与试验结果吻合度较好,验证了角钢(槽钢)螺栓抗剪连接有限元模型的合理性。(3)对有限元模拟加载方式进行修正,确定了角钢(槽钢)螺栓连接的应力路径和破坏模式;改变螺栓个数、端距、间距、试件型号等参数建立112个有限元模型,研究不同螺栓边距对角钢(槽钢)螺栓连接受力性能的影响。(4)通过分析提出槽钢螺栓连接受拉承载力设计建议公式,并将承载力计算公式值与有限元模拟值进行对比,验证建议公式的合理性;提出在计算承载力时,建议螺栓端距取2d_0。(5)利用Python脚本语言进行编程,简化建模过程;并对各型号角钢(槽钢)螺栓连接试件进行有限元分析,得到相应螺栓最大边距建议取值;对相应最大边距取值进行分析得到:(1)各型号热轧角钢螺栓最大边距值小于等于8t(t为角钢肢厚),(2)各型号热轧普通型槽钢螺栓最大边距值小于等于8t(t为槽钢腹板厚),(3)各型号热轧轻型槽钢螺栓最大边距值小于等于10t(t为槽钢腹板厚)。
【图文】：

钢结构,构筑物,绿色建筑

构具有强度高、重量轻以及塑性韧性好等优点，尤其在住宅建筑中，其、建筑重量以及施工速度等相比于混凝土结构均有明显的优势[1-5]。同提倡绿色建筑[6-9]，钢结构的施工与使用降低了沙、石、灰的使用量，其回收利用大部分材料，减少了建筑垃圾的排放，符合我国对绿色建筑发优势明显，钢结构在我国得到大力发展。建国初期，虽然我国冶金行业但受到钢产量的制约，钢结构仅应用于重型厂房、铁路桥梁及塔桅结构(a)北京工人体育馆 (b) 武汉长江大桥

抗剪螺栓,破坏形式

主体为圆形比赛馆，屋面为钢网架，跨度 110 米，采用抬吊、高空水平移位安装。改革开放以后，我国钢产量迅猛发展，从万吨，1996 年达 1 亿吨，，到 2003 年达 2 亿吨，再到 2015 年突破 4 亿国钢铁产量占世界钢铁产量的 50%，钢铁产量居世界首位，我国对钢始限制使用逐步改变为合理推广使用，使我国钢结构在现代应用领域用主要包括大跨度结构，多层高层结构，高耸结构，钢混结构等。19王大厦，高 384 米，地上 81 层，地下 3 层，总用钢量 24500 吨；19东金茂大厦，楼高 420.5 米，地上 88 层，地下 3 层，是当时中国大陆9 年竣工建成的广州新电视塔，塔身主体高 454 米，天线桅杆高 146 米是中国第一高塔，世界第二高塔，仅次于东京晴空塔。(a)螺栓杆被剪断 (b)孔壁挤压破坏 (c)螺栓杆弯曲破坏
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH131.3

【参考文献】