發(fā)布時間：2020-06-15 16:43

【摘要】：高強(qiáng)度螺栓連接因?yàn)榫哂惺┕ぐ惭b方便、可替換、連接緊密、能夠承受動荷載等優(yōu)點(diǎn),被廣泛使用在大跨度橋梁和工民建鋼結(jié)構(gòu)中。高強(qiáng)度螺栓連接節(jié)點(diǎn)作為主要的傳力構(gòu)件,在結(jié)構(gòu)中受力復(fù)雜,往往容易發(fā)生破壞。剪切破壞是高強(qiáng)度螺栓連接的主要失效形式之一,因此對高強(qiáng)度螺栓連接在剪力作用下受力機(jī)理、承載能力和破壞形式進(jìn)行研究十分必要,具有重要的理論意義和工程實(shí)用價值。在對高強(qiáng)度螺栓連接進(jìn)行研究時多采用試驗(yàn)方法或者建立實(shí)體有限元模型的方法。試驗(yàn)的方法成本較高、耗時費(fèi)工,受影響因素較多;目前常用的對高強(qiáng)度螺栓連接的有限元建模方法,考慮材料、接觸非線性行為,計算時間較長,特別是要對大型的復(fù)雜的螺栓群進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的模擬是十分困難的。因此,本文根據(jù)高強(qiáng)度螺栓連接受力特性,提出一種高強(qiáng)度螺栓連接抗剪簡化力學(xué)模型。結(jié)合簡化模型對高強(qiáng)度螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模計算、參數(shù)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明提出的高強(qiáng)度螺栓連接抗剪非線性簡化模型,能夠有效簡化計算,并保證計算的準(zhǔn)確性。論文的主要工作和結(jié)論如下:1.介紹了高強(qiáng)度螺栓連接的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀及高強(qiáng)度螺栓連接抗剪承載力計算理論。對模擬高強(qiáng)度螺栓連接結(jié)合部的幾種常見的力學(xué)模型進(jìn)行介紹,根據(jù)高強(qiáng)度螺栓連接的受力特性,采用兩個串聯(lián)的Jenkins單元來模擬高強(qiáng)度螺栓連接抗剪過程,得到其恢復(fù)力表達(dá)式。2.采用有限元軟件建立高強(qiáng)度螺栓連接非線性模型,該模型計算得出的整體力-位移曲線以及破壞形式,與經(jīng)典試驗(yàn)結(jié)果十分吻合,證明了高強(qiáng)度螺栓連接非線性建模方法合理性和準(zhǔn)確性。3.通過有限元模型進(jìn)行參數(shù)分析,研究螺栓直徑、芯板厚度、蓋板厚度、抗滑移系數(shù)、螺栓和鋼板屈服強(qiáng)度等影響因素對高強(qiáng)度螺栓連接抗剪性能的影響,通過參數(shù)分析對比,總結(jié)出高強(qiáng)度螺栓連接抗剪非線性簡化模型的_1f、f_2、X_1、X_2、X_3等參數(shù)的計算公式或建議值。4.設(shè)計高強(qiáng)度螺栓連接抗剪承載力試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明各特征值與簡化模型計算結(jié)果相近,試驗(yàn)得到的試件在剪力作用下的力-位移曲線與采用抗剪非線性簡化模型計算的曲線吻合良好,說明提出的高強(qiáng)度螺栓連接抗剪非線性簡化模型能夠描述高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪全過程。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU391
【圖文】：

第一章 緒論1.1 研究背景隨著我國工程建設(shè)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的范圍越來越廣泛[1]。鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震耗能好、工業(yè)化程度高、施工安裝方便、可回收循環(huán)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以滿足建筑設(shè)計的多功能、多用途、造型新穎等需求。在大跨度橋梁、高層及超高層建筑、空間結(jié)構(gòu)、輕型及重型工業(yè)廠房、綜合交通樞紐、地下結(jié)構(gòu)和海洋結(jié)構(gòu)等得到大范圍應(yīng)用，成為了重要建筑結(jié)構(gòu)體系[2]。在橋梁中將上部結(jié)構(gòu)的主要承重部分用鋼材制成的稱為鋼橋[3]。鋼橋在大、中、小跨徑都可適用。在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計時，對于跨徑小于 50m 的橋梁應(yīng)首選鋼筋混凝土橋，為了快速施工也可以選擇修建鋼橋；對于中、大跨徑橋梁，是選擇預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋、鋼橋或者鋼筋混凝土拱橋，要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等多方面考慮；而對于超大跨徑的橋梁，非鋼橋莫屬。在我國鐵路橋梁的建設(shè)中，對于中、大跨徑橋梁多以鋼橋?yàn)橹鱗4]。如圖 1.1(a)為合肥南環(huán)線南淝河鋼桁梁柔性拱特大橋，1.1(b)為北盤江特大橋。

(a) 鋼桁梁節(jié)點(diǎn) (b) 缺失及折斷的螺栓圖 1.2 節(jié)點(diǎn)處螺栓破壞情況Fig 1.2 Bolt damage at the node鋼結(jié)構(gòu)的連接形式主要有焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接，其中焊縫連接和螺栓連接采用較多，鉚釘連接已經(jīng)較少采用[3]。焊縫連接即在構(gòu)件連接處，通過加熱產(chǎn)生高溫，將置于焊縫補(bǔ)位的焊條或者焊絲金屬熔化，而使構(gòu)件連接在一起。焊縫連接是目前鋼結(jié)構(gòu)中最主要的連接方式，其優(yōu)點(diǎn)有：構(gòu)造簡單，加工較方便；不會削弱構(gòu)件截面，節(jié)約了鋼材；連接的密封性好，結(jié)構(gòu)的整體剛度大；易于采用自動化操作，保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。但是焊縫連接也存在以下缺點(diǎn)：焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對結(jié)構(gòu)的受力是十分不利的；焊縫附近的受熱區(qū)會對鋼材的性能發(fā)生改變，導(dǎo)致材料變脆；焊縫連接結(jié)構(gòu)對裂縫比較敏感，一旦發(fā)生局部裂縫，容易擴(kuò)展到整體；焊接結(jié)構(gòu)的低溫冷脆問題也是比較突出的。焊接已廣泛用于工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)中。

【參考文獻(xiàn)】

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1 張德瑩;王慧佳;李運(yùn)生;;摩擦型高強(qiáng)螺栓傳力性能及缺失的非線性分析[J];廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年01期

2 張文元;扈sリ

本文編號：2714708