门式刚架厂房半刚性梁柱节点在高强螺栓欠拧和超拧下的数值模拟分析

摘要

近年来，高强螺栓连接已广泛用于钢结构节点中，节点高强螺栓连接的施工检验，采用的是随机抽查的方法。在进行施工验收时，不合格的螺栓可能被漏检。即使按照规范施工，高强螺栓的欠拧和超拧现象也是施工中经常出现的问题。高强螺栓的欠拧或超拧即高强螺栓的预拉力小于或大于规范规定的预拉力取值。欠拧达不到高强螺栓预拉力的设计值，使得节点间的摩擦力小于设计值，节点间的抗剪承载力达不到设计的额定值；超拧则可能使螺栓产生延迟断裂。无论欠拧或超拧，都可能给结构带来安全隐患。
　　 本文收集了大量钢节点的实验数据和有关高强螺栓欠拧和超拧的文献基础上，选取门式刚架中半刚性梁柱节点中典型的外伸端板竖放连接的节点形式作为研究对象，梁与柱连接的具体构造形式是用8个高强螺栓将焊接在梁上的端板与柱翼缘栓接在一起，并只对端板上半部分的四个螺栓中的两个螺栓欠拧或超拧的情况模拟。欠拧时，模拟了欠拧15％、25％、35％三种情况；超拧时，模拟了超拧15％和25％两种情况，且每次欠拧和超拧的螺栓数都是两个。采用ANSYS有限元程序进行模拟分析，本文分析在欠拧和超拧条件下，节点端板上应力分布和变化规律，节点线弹性转动刚度的改变，以及抗弯承载力，在此基础上对节点处的螺栓验收提出了具体的验收方法。得出以下参考建议：
　　 1.欠拧和超拧条件下，梁腹部与端板接触区域会产生很大的应力。在端板节点设计时，应考虑梁腹部与端部接触区域的应力，给出具体的构造措施来减小由于欠拧和超拧引起的端板应力重分布带来的不利影响。
　　 2.高强螺栓在欠拧和超拧条件下都会影响节点的线弹性转动刚度，欠拧时刚度减小，超拧时刚度增大；欠拧和超拧对节点的极限承载力影响不大，对曲线拐点的承载力有影响。
　　 3.在施工过后阶段的早期，高强螺栓的初始刚度损失是最大的，这一点提醒我们在施工验收中对节点早期的高强螺栓检查是非常有必要的。
　　 4.标准状况与塑性极限情况从应力分布形态看，应力分布范围比超拧时的应力分布范围大，可见标准情况下能较充分利用材料。
　　 5.对于抗震设防有较高要求和振动环境下的建筑在进行螺栓验收时，应防止高强螺栓超拧。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题来源和背景

1.2钢节点连接方法

1.3梁柱节点连接刚度分类

1.4半刚性节点研究现状

1.5本文研究的主要内容、意义

1.5.1本文研究主要内容

1.5.2本文研究意义

第2章常用的半刚性连接特性及模拟

2.1半刚性连接的模拟方法

2.1.1线性模型

2.1.2多项式模型

2.1.3 B样条模型

2.1.4幂函数模型

2.1.5指数函数模型

2.1.6标准化的弯矩——转角曲线关系

2.2常用半刚性连接及弯矩——转角关系(M—θ)

2.2.1钢结构中常用梁柱节点的构造

2.2.2弯矩——转角关系(M—θ)

2.3小结

第3章外伸端板连接的弯矩——带角曲线的理论计算

3.1截面的全塑性极限弯矩计算

3.2初始刚度计算

3.2.1端板和柱翼缘变形

3.2.2螺栓的伸长

3.2.3柱腹板剪切变形

3.2.4腹板受压区的变形

3.3应变强化刚度的计算

3.4实例计算

3.5小结

第4章理论计算与有限元的对比分析

4.1 ANSYS有限元的建模

4.1.1选取单元

4.1.2结构非线性分析

4.1.3建立模型

4.2建模过程及边界条件

4.3加载方案

4.4有限元结果与计算结果进行比较

4.5小结

第5章欠拧和超拧条件下的有限元分析

5.1概述

5.2两个螺栓欠拧或超拧对端板应力的影响

5.3节点弹性刚度模拟数据

5.4同一位置高强螺栓欠拧和超拧的节点刚度分析

5.5不同位置高强螺栓欠拧和超拧的节点刚度分析

5.6节点验收方案

5.7小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢