高强度螺栓抗拉连接的仿真及实验研究

摘要

高强度螺栓连接是现代钢结构中最常用的连接方式，它具有质量稳定安全高效的特点。在现代设计理论中除研究结构构件和体系的力学行为外，另一个重要的方面就是节点的力学性能。节点的力学性能与计算理论假设相符程度直接影响到计算结果的准确性。高强度螺栓连接的力学性能研究是通过实验分析获得的，但实验手段也有其局限性。本文通过运用有限元法模拟计算分析高强度螺栓抗拉连接的力学性能，并与实验结果相对比。 本文首先对目前高强度螺栓抗拉连接的研究成果、连接的特点及撬力问题进行了阐述。对我国和国外规范中有关高强度螺栓连接的计算方法和规定进行了对比分析。随后对高强度螺栓抗拉连接的三类极限状态，以及各状态的主要内力计算方法进行了推导和说明。 模拟高强度螺栓抗拉连接的受力过程包含了一系列复杂的非线性问题，其中包括了接触非线性、材料非线性和几何大变形的问题。为提高分析的准确性本文对连接的主要构件高强度螺栓和连接翼缘板的材料模型分别取用双线性和多线性自然应力应变关系。分析选用大型通用有限元程序ANSYS，运用其强大的非线性计算能力和丰富的特殊单元解决了分析过程中翼缘板与假设刚性面的接触问题，还有高强度螺栓连接的预拉力模拟问题。文章就连接翼缘板刚度的变化和设置加劲肋等构造措施对连接的高强度螺栓内力、翼缘板间的接触压力、撬力和节点刚度的影响进行了对比分析，并对有限元的计算结果进行了多项式拟合。对所划分的三种极限承载状态所设置的模型对比分析了连接内力的变化规律。撬力随外加荷载变化的规律复杂，而且撬力的变化规律受节点刚度的大小和是否设置加劲肋的影响较大。根据计算结果，讨论了高强度螺栓连接计算中螺栓抗拉限制值分别取为0.8po和0.9Po时连接内力状态的差别。 为检验有限元模拟计算结果及其计算过程中采用的部分假设的有效性，作者在研究梁柱高强度螺栓连接节点刚度的实验中，通过自行设计压力传感器测定高强度螺栓轴力的变化规律，并将实验数据和有限元计算数据对比分析。对比结果理想，证明在合理的假设下，对于钢结构这类较为符合理论假设的材料，采用有限元法模拟计算钢结构的相关问题是非常有效的手段。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2高强度螺栓连接抗拉性能

1.3撬力的作用

2高强度螺栓抗拉连接的设计和计算

2.1我国钢结构规范关于高强螺栓抗拉连接设计规定的历史

2.1.1规范TJ17-74(容许应力设计法)

2.1.2 GBJ17-88(极限状态设计法)高强度螺栓连接承载力的规定

2.1.3 GB50017-2002中关于高强度螺栓摩擦型连接承载力的规定

2.2不同设计规范计算的方法比较

2.2.1各国高强度螺栓材质规定

2.2.2各国规范计算方法的规定

2.2.3我国规范与各国规范关于高强度螺栓连接承载力的比较

2.3螺栓抗拉连接的极限状态分析

2.3.1极限状态的分类

2.3.2螺栓极限状态分析的计算

3高强度螺栓抗拉连接的仿真计算

3.1概述及分析目的

3.2模型建立的有关理论问题

3.2.1塑性有关的问题

3.2.2单元的选取

3.2.3材料模型的设定

3.2.4分析模型的有关设定

3.3模型受力分析及比较

3.3.1模型分析数据

3.3.2模型数据分析比较

3.4小结

4梁柱节点螺栓抗拉连接的试验研究

4.1试验目的概述

4.2实验方案

4.2.1实验构件的设计

4.2.2测量装置和数据采集

4.3实验现象及数据分析

4.3.1构件T26、t14实验现象

4.3.2实验数据分析

4.4 小结

5结论

致谢

参考文献