高强螺栓群不同厚度连接板的有限元分析
高强度螺栓不同拧入深度对螺栓球节点受拉承载力的影响
高强度螺栓不同拧入深度对螺栓球节点受拉承载力的影响付宜东;陈烨;毛泽亮;朱文艳;黄炳生【摘要】本文运用ABAQUS有限元软件对不同螺栓拧入深度的螺栓球节点进行了受拉承载全过程分析，与受拉螺栓球节点试验结果的对比验证了计算模型的准确性。
有限元分析结果表明：不同的螺栓拧入深度，螺栓球节点发生不同的破坏模式。
当螺栓拧入深度小于0�94d（ d为螺栓直径）时，两者相互咬合接触的螺纹发生破坏，且螺栓球节点的受拉承载力与螺栓拧入深度成正比。
当螺栓拧入深度不小于0�94d时，高强螺栓受拉断裂破坏。
通过对有限元分析结果的拟合，得到螺栓球节点受拉承载力与螺栓拧入深度的关系式。
%The enough screwing depth can ensure the safety of grid structure. In this paper, ABAQUS finite element software was used to analysis the ultimate capacity of bolt⁃sphere joint with the different depths of the bolt screwed into bolt⁃sphere. The accuracy of the finite element calculation model was proved by comparing the test results and finite element analysis. The numerical results showed that two different failure modes can be obtained when the depth of bolt screwed into bolt⁃sphere was different. When the depth of bolt screwed into bolt⁃sphere was less than 0�94 times of bolt diameter, the contact screws of the bolt and bolt⁃sphere were destroyed. The ultimate bearing capacity was proportional to the depth of bolt screwed bolt⁃sphere. When the depth of bolt screwed into bolt⁃sphere was no less than 0�94 times of bolt diameter, the high⁃strength bolts was destroyed. The relationship between bearing capacity and the depth of bolt screwed bolt⁃sphere fitted the numerical results.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】6页(P106-110,119)【关键词】螺栓球节点;高强度螺栓;拧入深度;有限元分析;受拉承载力【作者】付宜东;陈烨;毛泽亮;朱文艳;黄炳生【作者单位】南京工业大学土木工程学院，江苏南京 211800;南京工业大学土木工程学院，江苏南京 211800;南京工业大学土木工程学院，江苏南京 211800;南京工业大学土木工程学院，江苏南京 211800;南京工业大学土木工程学院，江苏南京 211800【正文语种】中文【中图分类】TU391随着工业技术的进步和生活水平的提高,人们对大跨度、大空间结构建筑的需求不断增加。
高强螺栓性能表
高强螺栓性能表螺栓螺母性能表1 钢结构用高强度螺栓连接副型号、规格、性能等级类型名称性能等级规格连接副组成GB/T1228-91 钢结构用高强度大六角头螺栓10.9S8.8S M12-M30 一件螺栓；一件螺母；二件垫圈GB/T1229-91 钢结构用高强度大六角螺母GB/T1230-91 钢结构用高强度垫圈GB/T1231-91 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件GB/T3632-1995 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副10.9S M16-M24 一件螺栓；一件螺母；二件垫圈GB/T3633-1995 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件2 材料类型性能等级螺纹规格选用材料螺栓10.9S M12~M24 20MntiBM27~M30 35VB8.8S M12~M16 35#M20~M24 20MnTibM27~M30 35VB螺母8H10H M12~M30 35#垫圈35~45 HRC 12~30 45#材料的化学成分材料C% Si% Mn% Ti% V% B% P% S%20MnTiB 0.17~0.24 0.17~0.37 1.30~1.60 0.04~0.10 0 0.0005~0.0035 ≤0.035 ≤0.03535VB 0.31~0.37 0.17~0.37 0.50~0.90 0 0.05~0.12 0.001~0.004 ≤0.04 ≤0.0435# 0.32~0.40 0.17~0.37 0.50~0.90 0 0 0 ≤0.035 ≤0.03545# 0.42~0.50 0.17~0.37 0.50~0.90 0 0 0 ≤0.035 ≤0.0353 机械性能3-1 螺栓机械性能材料试件机械性能性能等级抗拉力强度σbMPa 屈服度σ0.2MPa 伸长率δ5% 收缩率ψ%min10.9S 1040~1240 940 10 428.8S 830~1030 660 12 45硬度性能等级洛氏硬度HRC 维氏硬度HV30min max min max109S 33 39 312 3678.8S 24 31 249 296实物拉力载荷螺纹规格d M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30应懒力载面积mm2 84.3 157 245 303 353 459 561拉力载荷KN 10.9S 877.7~104.5 163~195 255~304 315~376 367~438 477~569 583~696 8.8S 70.0~86.8 130~162 203~252 251~312 293~364 381~473 466~5783-2 螺母机械性能保证载荷螺纹规格D M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30保证载荷KN 10H 87.7 163 255 315 367 477 5838H 70.0 130 203 251 293 381 466硬度性能等级洛氏硬度维氏硬度min max min max10H 98HRB 28HRC 222 2748H 85HRB 28HRC 206 2743-2 垫圈机械性能垫圈硬度为35~45 HRC (HV30 329~436)4 型式尺寸4-1 GB/T1228-91 钢结构用高强度大六角头螺栓型式尺寸螺纹规格d M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30螺距p 1.75 2 2.5 2.5 3 3 3.5c max 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8min 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4da max 15.23 19.23 24.32 26.32 28.32 32.84 35.84ds max 12.43 16.43 20.52 22.52 24.52 27.84 30.84min 11.75 15.57 19.48 21.48 23.48 26.16 29.16dw min 19.2 24.9 31.4 33.3 38.0 42.8 46.5e min 22.78 29.56 37.29 39.55 45.20 50.85 55.37K 公称7.5 10 12.5 14 15 17 18.7max 7.95 10.75 13.40 14.90 15.90 17.90 19.75min 7.05 9.25 11.60 13.10 14.10 16.10 17.65r min 1.0 1.0 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0s max 21 27 34 36 41 46 50min 20.16 26.16 33 35 40 45 49b L公称<45 ≥45 <55 ≥55 <65 ≥65 <70 ≥70 <75 ≥75 <80 ≥80 <85 ≥85 公称25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 50 55 55 604-2 GB/T1229-91 钢结构用高强度大六角头螺母型式尺寸螺纹规格D M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30螺距P 1.75 2 2.5 2.5 3 3 3.5c max 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8min 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4da max 13 17.3 21.6 23.8 25.9 29.1 32.4min 12 16 20 22 24 27 30dw min 19.2 24.9 31.4 33.3 38.0 42.8 46.5e min 22.78 29.56 37.29 39.55 45.20 50.85 55.37m max 12.3 17.1 20.7 23.6 24.2 27.6 30.7min 11.87 16.4 19.4 22.3 22.9 26.3 29.1s max 21 27 34 36 41 46 50min 20.16 26.16 33 35 40 45 494-3 GB/T1230-91 钢结构用高强度垫圈型式尺寸规格（螺纹大径）12 16 20 22 24 27 30d1 max 13.43 17.43 21.52 23.52 25.52 28.52 31.52min 13 17 21 23 25 28 31d2 max 25 33 40 42 47 52 56min 23.7 31.4 38.4 40.4 45.4 50.1 54.1s 公称3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 5.0 5.0max 3.8 4.8 4.8 5.8 5.8 5.8 5.8min 2.5 3.5 3.5 4.5 4.5 4.5 4.5d3 max 16.03 20.03 25.12 27.12 29.12 33.64 36.64min 15.23 19.23 24.32 26.32 28.32 32.84 35.844-4 GB/T3632-1995 钢结构用扭剪型高强度螺栓型式尺寸螺纹规格d M16 M20 M22 M24螺距p 2 2.5 2.5 3da max 18.83 24.4 26.4 28.4ds max 16.43 20.52 22.52 24.52min 15.57 19.48 21.48 23.48dw min 27.9 34.5 38.5 41.5dk max 30 37 41 44K 公称10 13 14 15max 10.57 13.9 14.9 15.9min 9.25 12.1 13.1 14.1K min 12 14 15 16K" max 17 19 21 23r min 1.2 1.2 1.2 1.6db max 11.3 14.1 15.6 16.9min 11 13.8 15.3 16.6dc ≈ 12.8 16.1 17.8 19.3de ≈ 13 17 18 205 GB/T1228~1231-91 高强度大六角头螺栓连接副的扭矩系数螺纹规格M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30P(KN) max 59 113 177 216 250 324 397min 49 93 142 177 206 265 329◆10.9S 高强度大六角头螺栓连接副的扭矩系数平均值0.11~0.150。
钢结构思考题[期末考试简答]
![钢结构思考题[期末考试简答]](https://img.taocdn.com/s3/m/28a9374b852458fb770b5687.png)
钢结构的材料1．为什么能把钢材简化为理想的弹塑性材料？2．塑性和韧性的定义，两者有何区别，冷弯性能和冷作硬化对结构设计的意义是什么？3．为什么承受动力荷载的重要结构要通过刨边、扩孔等方法清除其冷加工的边缘部分？1．答：从钢材拉伸时的应力－应变曲线可以看到，钢材有较明显的弹性、屈服阶段，但当应力达屈服点后，钢材应变可达2％～3％，这样大的变形，虽然没有破坏，但结构或构件已不适于再继续承受荷载，所以忽略弹塑性阶段，而将钢材简化为理想的弹塑性材料。
2．答：塑性是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形而不立即断裂的性质；韧性是指塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
韧性同塑性有关，但不完全相同，是强度和塑性的综合表现。
冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力，可检验钢材的冷加工工艺和检查钢材的内部缺陷。
钢材冷加工过程中引起的钢材硬化称为冷作硬化，冷作硬化可能使材料变脆。
3．答：钢结构冷加工时会引起钢材的局部冷作硬化，从而使材料强度提高，塑性、韧性下降，使钢材变脆。
因此，对承受动力荷载的重要结构要通过刨边、扩孔等方法清除其冷加工的边缘部分，从而防止脆性破坏。
钢结构的连接1、请说明角焊缝焊脚尺寸不应太大、太小的原因及焊缝长度不应太长、太短的原因?2、试述焊接残余应力对结构工作的影响?3、正面角焊缝和侧面角焊缝在受力上有什么不同？当作用力方向改变时，又将如何？4、对接焊和角焊缝有何区别？5、如何减小焊接应力和焊接变形？6．高强度螺栓的预拉力起什么作用？预拉力的大小与承载力之间有什么关系？7．摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓有什么区别？8．为什么要控制高强度螺栓的预拉力，其设计值是怎样确定的？9．普通螺栓和高强度螺栓在受力特性方面有什么区别？单个螺栓的抗剪承载力设计值是如何确定的？10．螺栓群在扭矩作用下，在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假定条件下求得的？1．答：焊脚尺寸太大施焊时较薄焊件容易烧穿；焊缝冷却收缩将产生较大的焊接变形；热影响区扩大容易产生脆裂。
高强螺栓抗剪连接件推出试验数值模拟
浙江交通职业技术学院学报，第22卷第1期，2021年3月Journal of Zhejiang Institute of CommunicationsVol.22 No.l, Mar.2021高强螺栓抗剪连接件推出试验数值模拟秦希，赵伟(浙江交通职业技术学院，杭州311112)摘 要：在预制混凝土板中采用可拆卸螺栓连接是缩短施工时间、优化施工工艺的方法之一。
提出一种新的螺栓连接件形式，利用ABAQUS 有限元软件对连接件推出试验进行了精细化的有限元模拟，并分析了不同参数下的荷载-滑移曲线和破坏行 为。
提出的精细化有限元数值模拟方法能够较为准确地再现高强螺栓抗剪连接件推出试验的受力性能和破坏模式。
通过有限元模拟可知，在预紧力和螺杆直径满足抗剪要求的前提下，螺栓连接件推出试验的荷载-滑移曲线受螺栓预紧力大小、混凝土板预留孔径大小的影响较大，而基本不受螺栓螺杆直径的影响。
关键词：预制；组合梁；高强螺栓；连接件；推出试验；有限元中图分类号：U443.37文献标识码：Adoi ： 10.3969/j .issn. 1671 -234X.2021.01.005文章编号：1671-234X (2021) 01 - 0022 - 061概述由混凝土板和钢梁组成的钢-混凝土组合梁已经在建筑和桥梁中得到广泛的使用。
在组合梁中，剪力连接件是保证钢梁和混凝土板之间组合作用的重要构件。
目前，常见的剪力连接件类型包括焊钉连接件、钢筋连接件、角钢连接件和螺栓连接件個1)。
对于将焊钉作为抗剪连接件的传统钢-混凝土 组合梁，一般采用现浇混凝土板，因此，现有的钢-混凝土组合结构施工方法耗时长、劳动强度大、 造价高。
此外，现场浇筑混凝土也给组合结构的质 量控制带来了困难。
同时，由于埋设在现浇混凝土板中的焊钉连接件焊接在钢梁翼缘上，使得采用焊钉连接件的传统组合结构在混凝土板拆除时产生大量的浪费和可观的能源消耗。
因此，与现浇混凝土 板相比，在预制混凝土板中采用可拆卸螺栓连接是缩短施工时间、优化施工工艺的有效方法。
螺栓连接有限元分析
1概括螺栓是机载设施设计中常用的联接件之一。
其拥有构造简单 , 拆装方便 , 调整简单等长处 , 被宽泛应用于航空、航天、汽车以及各样工程构造之中。
在航空机载环境下，因为振动冲击的影响，设施常常产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。
螺栓能否知足强度要求，关系到机载设施的稳固性和安全性。
传统力学的分析方法对螺栓进行强度校核，主假如运使劲的分解和平移原理，解力学均衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化。
没有考虑到连结零件整体性、力的传达门路、零件的局部细节 ( 如应力集中、应力散布 ) 等等。
经过有限元法，整体建模，局部细化，能够填补传统力学分析的缺点。
用有限元剖析软件供给的特别单元来模拟螺栓连结，过程更方便，计算更精准，结果更靠谱。
所以，有限元在螺栓强度校核中的应用愈来愈宽泛。
2有限元模型的成立关于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点拘束单元法和梁元法等。
多点拘束单元法 (MPC)即采纳特别单元 RBE2来模拟螺栓连结。
在螺栓连结处，设置此中一节点为从节点 (Dependent) ，此外一个节点为主节点 (Independent) 。
主从节点之间位移拘束关系使得从节点跟从主节点位移变化。
比率因子选为1, 使从节点和主节点位移变化协调一致，进而模拟实质工作状态下，螺栓对法兰的连结紧固作用。
梁元法模拟即采纳两节点梁单元 Beam，其能蒙受拉伸、剪切、扭转。
经过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致。
本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。
几何模型如图 1 所示组合装置体，底部拘束。
两圆筒连结法兰经过 8 颗螺栓固定。
端面受结合载荷作用。
图 1 三维几何模型单元及网格抽取圆筒壁中性面建模，采纳四节点壳元 (shell)，设置壳元厚度等于实质壁厚。
法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其余能够相对稀少。
在法兰上下两节点之间成立多点拘束单元(RBE2，算例1, 图3) 或梁元 (Beam,算例 2, 图 4) 来模拟该地点处的螺栓连结。
高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能
第49卷第4期2021年4月同济大学学报（自然科学版）JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）Vol.49No.4Apr.2021文章编号：0253⁃374X（2021）04-0476-11DOIDOI：10.11908/j.issn.0253-374x.20385论文拓展介绍第4期姜旭，等：高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能方法等相关参数进行分析，发现合理止裂孔位大致为0.5倍的孔径，采用一种腰圆孔具有较高的止裂优势，并且采用附加孔等布置形式能有效地降低孔边应力集中系数［9-11］。
关于止裂孔工艺方面，Duprat 学者通过对普通止裂孔进行冷扩孔在孔边边缘产生残余压应力，从而降低循环应力的平均值来达到增加止裂效果的目的。
同时在冷扩孔后又置入直径稍大的栓钉来降低循环应力幅，进而再次提高疲劳剩余寿命［12］。
杜洪增等［13］在航空结构应用方面研究了铆钉填充止裂孔对构件裂纹止裂的提升作用，但提升效果有限。
传统的钻孔止裂法仅是去除应力高度集中的裂纹尖端，若在较大的应力幅下将在孔边产生新的应力集中点进而出现裂纹再扩展，无法解决根本问题，只能作为一种临时措施。
有日本学者提出了高强螺栓止裂孔法［14］，它是将螺栓施拧对止裂孔边产生挤压力，使螺栓垫板与孔边产生较大摩擦力从而减少循环荷载的应力幅，从而改善止裂效果。
Fisher ［15］在对大量足尺钢梁进行疲劳试验后尝试施以高强螺栓进行止裂，并建议当裂纹长度大于20mm 时可采用此方法。
Roeder ［16］对铆接钢梁桥的纵横梁连接处疲劳裂纹进行高强螺栓修复，结果表明该方法能有效阻止裂纹进一步扩展。
国内学者郭阿明［17］通过有限元方法分析了高强螺栓止裂法对中心裂纹钢板的止裂效果。
因此高强螺栓止裂孔法在加固钢结构疲劳裂纹具有较强的合理性和可行性。
但这些文献尚未对螺栓预紧力的效果进行分析，而且关于这种止裂技术在国内钢桥加固领域研究方面较少。
对于螺栓浅谈高强螺栓连接技术论文范例.
对于螺栓浅谈高强螺栓连接技术论文范例摘要：根据在独山子文化中心影剧院工程中的施工经历，浅谈高强螺栓连接的操作工艺、质量标准等。
关键词：高强螺栓操作工艺质量标准一、施工依据《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001《独山子文化中心影剧院管桁架工程钢结构施工图》《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》（JGJ82-91）二、主要机具：主要机具：扭矩扳手、手工扳手、钢丝刷、工具袋、钢尺、角尺、撬杠、扳手、千斤顶、氧气-乙炔气割工具、砂轮机、角磨机等。
三、作业条件：1、摩擦面处理：摩擦面采用喷砂、砂轮打磨等方法进行处理，摩擦面不允许有残留氧化铁皮，处理后的摩擦面可生成赤锈面后安装（一般露天存10d左右）。
采用砂轮打磨时，打磨范围不小于螺栓直径的4倍，打磨方向与受力方向垂直，打磨后的摩擦面应无明显不平。
摩擦面防止被油或油漆等污染，如污染应彻底清理干净。
2、检查螺栓孔的孔径尺寸，孔边有毛刺必须清除掉。
3、同一批号、规格的螺栓、螺母、垫圈，应配套装箱待用。
4、螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定。
5、高强螺栓入库应按规格分类存放，并防雨、防潮。
遇有螺栓、螺母不配套，螺纹损伤时，不得使用。
螺栓、螺母、垫圈有锈蚀，应抽样检查紧固轴力，满足要求后方可使用。
螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持洁净、干燥状态。
必须按批号，同批内配套使用，不得混放、混用。
四、操作工艺1、工艺流程：作业准备→选择螺栓并配套→接头组装→安装临时螺栓→安装高强螺栓→高强螺栓紧固→检查验收2、螺栓长度的选择：大六角型高强螺栓的长度为螺栓头根部至螺栓切口处的长度。
选用螺栓的长度应为紧固连接板厚度加上一个螺母和一个垫圈的厚度，并且紧固后要露出不少于两扣螺纹的余长，连接板厚加40mm长度，本工程采用Φ24×6mm、Φ22×6mm，大六角型高强螺栓。
3、接头组装：①连接处的钢板应平整，板边、孔边无毛刺；接头处有翘曲、变形必须进行校正，并防止损伤摩擦面，保证摩擦面紧贴。
Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析
Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析郭宏超;皇垚华;李炎隆;刘云贺;简政【摘要】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.%The performance and quality of high strength steel connection node are essential for the better application of the bearing capacity of high strength steel.In order to make a discussion of the application of different standards,the parameter analysis is made to bolt pretension force,the surface state of connecting plate,steel grade and thickness of connecting plate,compared with theoretical calculating value of standard GB500017,ANSI,EC3.The result shows that the bolt pretension force has no effect on shear strength and deformation;if the anti-slip factor increases from 0.35 to 0.50,the deformation value will decrease by15.5％,and the bearing capacity almost has no improvement.If the steel yield strength increases from 345 MPa to 690 MPa,the bearing capacity increases by 1.58 times,but the deformation capacity obviously decreases and the ductility weakens;the connection bearing capacity can beobviously improved by the increase of steel thickness,with the failure in connection caused by crosswise tear of steel plate caused by bolt shear.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2017(033)002【总页数】7页(P180-186)【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【作者】郭宏超;皇垚华;李炎隆;刘云贺;简政【作者单位】西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;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;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TU392与普通强度钢材相比,高强度钢材具有材质均匀、刚度大、塑性和韧性好、可靠性高等优点。
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—一
图２ 有 限兀 模 型
板 的高强 螺栓 群 为研 究对 象 ，选 取 的Ｍ３ 高 强 螺栓 ０
排 列 为 ７ × 个 ，设 计 轴 力 为 ３ ５ Ｎ；连 接 板 为 个 ８ ５ｋ
２ 计 算 结果分 析
表２ 不 同板厚 在 ２ ０ ａ 载下 芯 板及 拼接 板 为 ０ ＭＰ 荷 的相对 位 移 的 比较 。由 表２ 可知 ，两 种板 厚 方式 计 算 的芯 板 和 连 接 盖 板 相 对 位 移 几 乎 一 致 。都 小 于
栓拼接 性 能进行 了研究 。总结 出了连 接板 厚度对 于 地震 中框架 结构 受 力 的影 响 ；王 斌华 ［ 利 用 大型 ６ １ 等 通用有 限元 软件ＡＮ Ｙ 。利 用约 束方 程法 对螺 栓群 ＳＳ 进 行 了 简化 计 算 ，提 出 了更 加 合 理 的螺 栓 布 置 方
调查 中四．不 难发 现 ，对 于大跨 度 钢 杵 桥 ，节 点破 坏是 其 主要 的破坏 形式之 一ｌ ３ ｌ 。 对 于高强 螺栓 的设计 计算 ，中国 的各 类 规范 都
西 西 比河上 的Ｉ ５ 一２ Ｗ钢 桁 桥 的倒 塌 等众 多 事 故 的
通 过 对 Ｉ ３ 桥 倒 塌 事 故 中 的有 限元 分 析 ，指 出连 一 ５ 接 板厚 度偏 小 、应 力储 备不 足是 引起事 故 的关键 因
素 ；李启 才 ［ ５ １ 连 接板 厚度 对 框 架 中钢 梁 高强 螺 等对
厚 度 的连 接 板 在拉 力荷 载 作 用 下 的板 件 相 对 位 移 、板 件 应 力等 进 行 了模 拟 ， 并 对 比分 析 了不 同厚 度 连 接 板 的 应 力 状 态。 结 果
表 明 ：薄 板 与 厚 板应 力分 布 规 律 一 致 ，但 厚 板 应 力 数 值 更 小 ，应 力 分 布 更 有 利 。
表 ２ 不 同板 厚 的 布 置 方 式 中芯 板 与 连 接 板 的 相对 位 移
板厚／ ｍｍ ８ １ ２
组合＋ 风荷 载 （ 静 与活载 组合 ） ；
组 合 四 ：永 久荷 载＋ 风荷 载 （ 年一 遇 ） 静 百 。 得 到如 下 不 同 荷 载 组 合 下 荷 载 钢 桁 梁 应 力 表
关 键 词 ：桥 梁 工程 ； 高强 螺 栓 ；连 接 板 厚 度 ；应 力状 态 中图 分 类 号 ：Ｕ ４ ． ４ １ ５ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ７ ６ ２ １ ） １ ０ ４ － ３ ０ ２ ４ ８ （０ １ ２ — １ ０ ０
Ｆｉ ｉｅＥｌｍ ｅ ｔＡｎ ｌｓｓｏ ｆｅ ｅ ｔＴｈ ｃ ｎ ｓ ｆＧｕ ｓ ｔＰｌｔ ｆ ｎ ｔ ｅ ｎ ａｙ ｉ ｎ Ｄｉｆｒ ｎ ｉｋ ｅ ｓｏ ｓｅ ａ ｅｏ
桥梁 与隧逗 工 程
高强螺栓群不 同厚度连接板 的
有限元分析
谢 秉敏 ，向 中富，魏 丽东
（ 庆 交 通 大 学 土 木 建 筑 学 院 ，重 庆 ４ ０ ７ ） 重 ０ ０ ４
摘 要 ：针 对 不 同厚 度 连 接 板 对 高 强螺 栓 群 的 受 力 影 响 ，采 用有 限 元 软件 Ａ Ｓ Ｓ 立 了三 维有 限元 实体 模 型 ，对 两 种 不 同 ＮＹ 建
Ｂｏ ｔ ｏ ｐ ｗｉｈ Ｈｉ ｈ Ｓ ｒ ｎ ｔ ｌｓＧｒ ｕ ｔ ｇ ｔ ｅ ｇ ｈ
ＸＩ ｉ ｇ ｍｉ ， ＡＮＧ ｈ ｎ — ｕ Ｗ Ｅ ｉ ｄ ｎ Ｅ Ｂ ｎ － ｎ ＸＩ Ｚ ｏ ｇ ｆ， ＩＬ － ｏ ｇ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＣｖｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ＆ Ａ ｃ ｉ ｃｕｅ Ｓ ｈ ｏ ｉｉＥ ｇｎ ｅｉ ｏ ｎ ｒｈｔ ｔｒ ，Ｃｈ ｎ ｑｎ ｉｏｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ４ Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｇ ｉｇＪａｔｎ ｉｅｓｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４ ０ ７ ， ｈｎ ） ｔ
ｒ
采 用Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 进行 有 限元 数值 模拟 计算 ，连接 板 及 高强 螺 栓均 采用 ｓｌ ４ 实 体单 元建 模 ，高 强螺 栓 ｏｄ５ ｉ
的预 紧 力通 过 预 应 力单 元ｐｅ １ ９ 元施 加 。 由于 ｒｔ ７ 单 ｓ 针对 的是数 量较 多 的高强 螺栓 ，若 采用 接触 问题 分
高 强螺栓 连接 是继铆 接 、焊接 之后 发展 起来 的
一
种 新 型 钢 结 构 连 接 形 式 ，具 有 施 工 简 便 、可 拆
换 、受 力好 、耐疲 劳 、不松 动和较 安全 等优 点 ，在
桥 梁工 程 中运用得 十分 普遍 ，１９ 年建 成通 车 的九 ９３
通过 对 四个厚 度 、长 度 、宽度 等参数 不 同 的连接板
考 虑 对 称性 ，有 限 元 模 拟 时 只 建 立 １ 结 构 模 ／ ２
型 。图 ｌ 为布置 方式 ，图２ 有限元 模 型 。边 界条 件 为
为 一端 固结 。加 载 分２ 级 ，每 级 １ ＭＰ ，施 加拉 应 ０ ０ ａ
力 到２ ０ ａ ０ ＭＰ 。
单 位 ：ｍ ｍ
湾 双层 钢桁 梁斜拉 桥 主桁上 弦杆 整体 节 点板 为研 究 对 象 ．采用 有 限元 软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 。建立 了考 虑 了几 何 大 变 形 、材 料 非 线 性 的螺 栓 群 三维 实体 有 限 元 模 型 ．通 过数 值模 拟得 到不 同板厚 的螺 栓 布置方 案 中 的板件 相对 位移 、应 力状态 等 ，通过 对计 算结 果 的
对 比分 析 ，研究 了不 同厚度 的连 接板 在 实际工 程 中
１ ｌ
． Ｌ ｒ ＇ １ ｒ
■ ｒ
Ｉ
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Ｊ ● ■
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ｌ
ｒ １
卜
卜
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的受力状 态 。总 结 了其 应力 分 布规律 。
１ 有 限元模型 的 建立
ｐ－ －
１ ｒ １ ｒ １ｒ １ ｒ １ ｒ １ ｒ
１
卜
【０ ｌ０ ５ ｏ
１ｏ ｏ
１０ ０
１０ ０
１０ ０
１ｏ ５ ０ ０
图 １ 螺 栓 群 布 置 方 式
析资 源 耗 费 巨大且 不 易 收 敛 ．利用 Ｋ ｍｔ 提 出 的 ｉ ］ 等 方法 ．将 接触 问题 简化为 节点耦 合 。可 大大 提 高计 算 效 率 。基 于 文献 ［】文 献［】 １ ～ ７的研 究 成果 ，拟采 用 螺栓 等 距 布 置 方 式 ，板厚 分 别 为８ ｍ、１ ｒ ａ ｒ ２ ｍ，共 ａ 计 两种 方 案对节 点板 做有 限元 计算分 析 。基 于 实 际
组 合 二 ：永 久荷 载 ＋ 车活 载＋ 道 活载 ＋ 温 汽 轨 升 组合＋ 风荷 载 （ 活载 组合 ） 静 与 ； 组 合 三 ：永 久荷 载 ＋ 车活 载＋ 道 活载 ＋ 汽 轨 降温
移” ，说 明不 同板 厚 的螺 栓等 距 布 置对 螺 栓 连接 接
头 的滑移 荷 载无影 响 。
０ 引 言
有相 关 的规 定 。但都是 基 于被连 接件 为 刚体 的假设 之上 。实 际上 由于连 接板 的变形 ，导 致理 论计 算 与 实 际工程 高强 螺栓群 的受 力状态 有较 大 出入 。针对 这种 情况 ，国内外学 者展 开 了很 多研 究 。Ｃ ｅ ｇ￣ ｈ ｎｌ ４ 等
１ ０ 交 通 标 准化 ４ Ｉ
Ｂｄｅ Ｔｎ ｌｎｉｅｎ 桥梁与隧道工程 ｒｇ ＆ ｕｎ ｇ ｅｒ ｉ ｅＥ ｎ ｉ ｇ
案 ；朱铭 『 采 用Ａ Ｓ ，考 虑 了螺 栓 与连 接 板 的 １ Ｊ 等 Ｎ ＹＳ
接 触 问题 后 。得 出 了螺栓群 的受 力分 布规 律 ，并 进 行 螺栓 优化 布置 。 基 于 以上研究 成果 ，本 文 以重庆 市 江津 区粉 房
０ １ｒｍ．这 表 明螺 栓 连 接 头 未 发 生 螺 栓 “ 扣 滑 ．５ ａ 解
Ｑ ４ ｑ 板 ，其 抗 拉 强 度 为 ５０ ａ ３ ５Ｅ钢 ０ＭＰ 。通 过 Ｍｉａ／ ｄｓ
ｃｖ 软件计 算 该钢杵 梁斜 拉桥 以下 四个 工况 ： ｉｌ ｉ
组 合一 ：永 久荷 载＋ 车活 载＋ 汽 轨道 活载 ：
试 件进 行 了弹性屈 曲实 验及有 限元 分析 ，得 出了各 参 数对 节 ｉ ２ ｏ１ 等
江大桥 、１９ 年 建成 的密 云水库 白河 桥和２ ０ 年建 ９７ ０２ 成 的 芜湖 长 江大 桥 的杆 件 连 接 都 采 用 高 强 螺 栓 ［ １ １ 。 作为桁 架 中大量 使用 的节 点连接形 式 ，高 强螺 栓所 表现 的抵抗 塑性 破坏 、局 部屈 曲 、疲 劳裂 缝 的能力 决定 了全 桥 的强度 、安全 性 、可靠性 。从 ２ ０ 年 密 ０７
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆｓｒ ｃｕ ａ ｅ ａ ｉ ｒｏ ｉｈ ｓｒ ｎ ｔ ｏｔ ｒ ｕ ｎ ｌ ｅ ｃ ｄ ｂ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｏｖ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｌ ｂ ｈ ｖｏ ｆｈ ｇ － ｔｅ ｇ ｈ ｂ ｌ ｇ ｏ ｐ ｉ ｆ ｎ ｅ ｙ ｕ ｓ ｕ ｔ ｅ ｆｃ ｏ ｆ ｈ ｃ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｇ ｓｅ ｌｔ ． Ｄ ｏｉ ＥＭ ｄ ｌｗ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｂ ｓｎ ｈ ａ ｔｒ ｏ ｉｋ ｅ ｓ ｏ ｕ ｓ ｔｐ ａｅ ａ ３ ｓ ｌ Ｆ ｔ ｈ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｓａ ｌ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ＡＮＳ ｏ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｅ ｓ ＹＳ ｔ ｉ ｌ ｔ ｈ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｂ ｔ ｅ ｏ ｅ ｐ ａｅ ａ ｄ ｂ ｔ ｏ ｅ ｌ ｔ，ａ ｅｌ ａ ｈ ｏ ｍａ ｔ ｓ ｎ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｓ ｏ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｅｗｅ ｎ ｃ ｒ ｌｔ ｎ ｕ ｔ ｖ ｒ ｐ ａ ｅ ｓ ｗ ｌ ｓ ｔ ｅ ｎ ｒ ｌｓｒ ｓ ｏ ｗｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｈ ｃ ｎ ｓ ｅ ｆ ｃ ｅ ｆ
ｔ ａ ｈ ｔ ｓ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｏｈ ｆ ｌ ｗ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｌｗ．ｂ ｔｔ ｅ ｓ ｅ ｓ ｖ ｌ ｅ ｏ ｈ ｃ ｅ ｕ ｓ ｔｐ ａ ｅ ｗ ｓ ｓ ｌ ｒ ｈ ｔｔ ｅ ｓｒ ｓ ｄ ｓ ｂ ｔ ｆ ｂ ｔ ｅｌ ｈ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｏ ｕ ｈ ｔ ｓ ａ ｕ ｆ ｔ ｉ ｋ ｒ ｇ ｓ ｅ ｌ ｔ ａ ｍａｌ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｉ ｎ ｒｐ ａｅ ｔ ｅ ｓｒ ｓ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔ ｉｋ ｒｗ ｓ ａｓ ｒ ａ ｏ ｒ ｂ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｌｔ ， ｈ ｔｅ ｓ ｄ ｓ ｕ ｉ ｆ ｈ ｃ ｅ ａ ｌｏ ｍｏ ｅ ｆｖ ｕ ａ ｌ ． ｈ ｉ ｒ ｏ ｔ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ｄ ｅ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｇ － ｔ ｎ ｔ ｏｔ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓｏ ｕ ｓ ｔｐ ａ ｅ ｓｒ ｓ ｔｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｇ ｎ ｉ ｅ ｒ ； ｉｈ ｓｒ ｇｈ ｂ ｌ ｈ ｃ ｎ ｓ ｆ ｓ ｅ ｌ ｔ ； ｔｅ ｓ ｓ ｅ ｉ ｎ ｅ ； ｇ ａ