不同螺栓等级下共享铁塔挂载连接件承载性能研究

为研究螺栓等级对挂载连接件承载性能的影响,选取了4.8级普通螺栓(KL-4.8)与8.8级摩擦型高强螺栓(KL-8.8)连接的挂载连接件进行静力试验研究。采用ABAQUS有限元分析软件对其受力性能进行模拟,使用可靠的数值模型系统分析螺栓等级和螺栓直径对连接件承载性能的影响。结果表明:在水平荷载作用下,两种不同螺栓等级连接的挂载连接件节点处均未出现滑移;两种连接件的破坏模式基本一致,左右两侧方钢管底部及右侧方钢管顶部均出现断裂;KL-8.8的整体刚度、极限承载能力以及变形能力均高于KL-4.8;当采用4.8级普通螺栓连接且承载力低于74.13 kN时,螺栓直径不宜小于18 mm,否则螺栓杆会发生剪切变形;当采用8.8级和10.9级高强螺栓连接时,双板件连接处节点偏于刚性连接,挂载连接件的整体刚度和极限荷载主要取决于方刚管、挂载铁杆等其他部件;挂载连接件在承载过程中通过双板件与主材之间的摩擦力和螺栓抗剪来抵抗外载,实际工程中应根据挂载重量合理选择螺栓参数。

钢-混凝土组合梁螺栓连接件受剪性能试验研究

传统螺栓连接件的直径小于钢梁预留孔的孔径,导致螺栓与孔壁存在间隙,容易引发钢梁与上部混凝土板间发生相对滑移使组合梁挠度增大。为尽量减小或消除上述间隙,本文引入铰制孔螺栓和螺纹孔螺栓作为组合结构的剪力连接件,并提出锥套自锁螺栓连接件。设计并开展了8个螺栓连接件推出试验,基于各试件的荷载-滑移曲线,研究了3种螺栓连接件与传统螺栓连接件间的抗剪承载力、滑移能力及抗剪刚度等受剪力学性能的具体差异。研究结果表明:3种螺栓连接件的破坏形态与传统螺栓连接件表现一致,均为螺栓杆剪断,混凝土无压溃现象;3种螺栓连接件的抗剪承载力均接近于传统螺栓连接件的抗剪承载力;基于试件的荷载-滑移曲线,3种螺栓连接件均可分为弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;3种螺栓连接件的延性系数和抗剪刚度均明显优于传统螺栓。综合考虑力学性能、施工性能和经济性,本文建议选用铰制孔螺栓用于组合结构的剪力连接件。

矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构模型与试验研究

[目的]为探明矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构关系。[方法]以栓钉长度、直径和布置形式为变化参数,设置4组不同工况,进行腹板带栓钉的型钢-喷射混凝土短柱推出试验,分析其破坏模式、荷载-滑移特性和承载力等。[结果及结论]栓钉试件的破坏模式受栓钉数量和强度影响,分为拉裂破坏和胀裂破坏两类;典型的平均黏结强度-相对滑移曲线可分为无滑移段、曲线上升段、曲线下降段和水平残余段;室内试验证明栓钉直径和布置形式是影响承载能力的主要因素;根据受力机制建立带栓钉的型钢与喷射混凝土界面的黏结滑移本构模型,并经室内试验和数值模拟双重验证,表明提出的黏结滑移本构模型精度较高。研究结果可为矿山法隧道型钢与喷射混凝土支护结构设计提供理论支持。

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验

试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响.试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式.螺栓剪力键的抗剪性能随螺栓的直径和螺栓等级的增大而提高;螺栓预紧力仅对初始抗剪刚度有影响;相比于传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求.结合试验结果和国内外规范公式,提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力.

螺栓连接的H型钢-竹集成材组合结构连接件推出试验

将H型钢翼缘与侧压竹集成材通过螺栓连接形成一种钢-竹组合结构,完成了5组共15个试件的静态双面剪切推出试验,以研究其屈服模式和破坏特征,探讨螺栓直径和竹集成材厚度对钢-竹组合结构的力学性能影响。试验结果表明:钢-竹组合结构破坏时,若竹集成材较厚,试件会发生双铰屈服,螺栓在竹集成材孔内以及H型钢翼缘孔内形成2个塑性铰,且螺栓直径较小时,会发生螺栓端头断裂;若竹集成材较薄,试件会发生单铰屈服,螺栓在H型钢翼缘孔内形成一个塑性铰,在竹集成材内保持刚直,且竹集成材会先于螺栓产生劈裂破坏。随着螺栓直径的增加,推出试件的屈服荷载、极限荷载和剪切滑移刚度均呈线性比例增加,延性无显著变化;试件的屈服荷载、极限荷载和延性随着竹集成材厚度的增加而增大,竹集成材厚度对剪切滑移刚度无显著影响。依据Johansen屈服模式Ⅲs和欧洲规范Eurocode 5考虑绳索效应,提出了适用于型钢-竹集成材螺栓连接的抗剪承载力公式,其计算值与试验值误差为12.92%,抗剪承载力计算值与试验值较吻合。

新型不锈钢螺栓连接件疲劳后力学性能退化研究

为探究装配式组合梁中新型不锈钢螺栓连接件疲劳后的力学性能,开展螺栓连接件疲劳后力学性能仿真方法研究。首先,基于当前螺栓连接件存在的问题与不足,设计了一种耐锈蚀、方便拆卸的新型螺栓连接件。其次,进行1组静载推出试验,4组不同疲劳加载次数后的静载推出试验,分析了试件破坏特征以及力学性能退化规律。最后,基于材料剩余强度理论,引入考虑疲劳损伤的混凝土和螺栓连接件的材料退化本构模型,建立不同疲劳加载次数后的螺栓连接件力学性能退化仿真计算流程,并对仿真结果进行了验证。结果表明:新型螺栓连接件疲劳加载270万次后剩余承载力退化了12.1%,且疲劳后破坏模式为螺栓剪断。采用的材料本构退化模型的仿真计算值与试验结果吻合较好,能够合理地反映螺栓在疲劳后的力学性能退化状况。

钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓作为钢-预制UHPC组合梁剪力键的抗剪性能,共设计15个推出试件,探究螺栓间距和螺栓数量对试件的破坏模式、荷载-滑移曲线、极限承载力、延性和初始抗剪刚度的影响。试验结果表明,推出试件的主要破坏模式为螺栓剪力键剪断,同时在螺栓剪切面下端有局部UHPC受压剥落,UHPC预制板只在剪力槽四周出现细微裂缝。减小螺栓间距会导致试件的抗剪性能降低;而增加螺栓数量可以有效地提高试件的抗剪性能,但也会导致单栓初始抗剪刚度下降。分析国内外现行钢-混凝土组合梁中剪力键的抗剪承载力计算公式,并以此提出一条更适用于钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪承载力计算公式。对比提出公式的计算值与试验值,两者的平均比值、标准差和变异系数分别为1.02、0.02和0.02。

装配式腹板开洞组合梁受力性能试验研究

为研究高强螺栓连接腹板开洞组合梁的受力性能,文中以高强螺栓间距为变化参数,对3根装配简支组合梁试件进行了跨中单调集中加载试验。研究包括高强螺栓在组合梁装配中的受力表现、试件极限承载力、试件的破坏形态及其变形特征。结果表明高强螺栓连接的组合梁试件破坏形态为典型的剪切破坏;螺栓间距对装配式组合梁的整体刚度有较大影响,高强螺栓布置的间距越小,组合梁的组合作用越强,整体刚度也越大,破坏时变形小;高强螺栓的预紧力和螺栓孔容差对组合梁的荷载-滑移性能也有较大影响。研究可为洞口上方高强螺栓连接件的设计、施工以及加固补强提供参考。

可拆装配化钢板组合梁桥总体设计与选型研究

将可拆高强螺栓连接件应用在钢混组合梁中,可提高组合梁的管养效率,降低维修成本,但目前尚缺乏全面的相关研究和设计规范。为此,将UHPC-NC叠合桥面板代替预制桥面板,采用高强螺栓代替预制板剪力钉,形成的新型组合梁桥,并通过有限元模拟进行深入研究验证其可行性。结果表明:该梁桥成桥状态钢主梁墩顶压应力水平从原有的208.8MPa减小到195.6MPa,跨中的拉应力水平从183.4MPa增大到193.9MPa,满足设计要求。为新型可拆装配化钢板组合梁设计提供了参考。

钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件受剪性能

采用ABAQUS有限元软件对钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件的受剪性能进行三维实体有限元非线性分析,模型考虑钢梁、混凝土板和高强螺栓等材料非线性以及各部件之间的接触关系,在试验验证的基础上探讨混凝土强度以及高强螺栓直径、屈服强度、长径比和预紧力等参数对抗剪承载力的影响,分析结果表明:高强螺栓连接件的抗剪承载力随混凝土强度、螺栓直径与屈服强度的增大而提高。通过拟合建立考虑混凝土强度、高强螺栓直径和屈服强度影响的单个连接件抗剪承载力计算式,并对现行规范中栓钉受剪计算公式和国外学者及本文提出的高强螺栓受剪计算公式的计算值进行比较,结果表明本文提出的计算式具有较高的精度。

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明:钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.

飞机某典型螺栓连接件的振动疲劳试验研究

为确定不同螺栓连接形式与不同名义厚度的某典型结构连接件的振动疲劳极限寿命,并比较其振动疲劳性能,本文针对连接件要求考核部位的特殊性,提出了简支结构的夹具设计方法,在经过有限元模拟计算及在模态试验中进行了验证考核后,成功应用于正式试验中,另外,试验采用小量级振动条件下应变数值曲线拟合得到大量级振动条件下应变值,完成了试验应变-寿命曲线的绘制。通过此次试验研究表明:1)简支结构的夹具设计被证明适用于此类搭接结构的螺栓连接件,可以应用在此后类似的振动试验中;2)复材名义厚度为5 mm的单排双钉连接件,在同样的应变水平下,具有最长的振动疲劳寿命,即振动疲劳性能最好;3) 4种不同形式的螺栓连接件,振动疲劳破坏位置均为金属部分,在下一步的设计中需更换金属材料,加强金属搭接板的动强度。

复合材料与高温合金螺栓连接的热适配技术

为了改善高温环境下螺栓连接力学性能,避免热膨胀不匹配所导致的预紧力松弛,研究了高温合金螺栓连接的热适配技术.首先,推导了热适配螺栓的外形参数,指出高温合金热适配螺栓与复合材料的接触面应满足旋转对称的指数轮廓.然后,考虑到螺栓拧紧力矩试验通常在常温下进行,通过比较常、高温条件下的强度性能,推导出高温条件下螺栓预紧力矩的合理取值.最后,开展了普通螺栓与高温合金热适配螺栓典型连接单元的静力试验和振动试验.试验结果表明,热适配连接单元在高温下未发生预紧力矩松弛,而普通螺栓预紧力矩则明显下降,从而验证了所提热适配技术的有效性.

基于有限元建模的某飞机连接件螺栓头断裂分析

某飞机连接件的模拟试件在进行疲劳试验时发生了连接件螺栓头的早期断裂;利用ANSYS软件建立试件的三维非线性接触模型进行了应力分析,并用SEM对脱落螺栓头进行了断口分析。结果表明:由于连接件的厚度效应使得螺栓受到弯曲应力以及截面处挤压应力的共同作用,因而螺栓在高拉应力水平下发生了低周疲劳破坏;通过设计大刚度的复合型夹具使该问题获得了解决。

往复式过山车车辆连接器螺栓断裂失效分析

分析往复式过山车车辆连接器螺栓的断裂失效机理,为防止游乐设施上相同受力形式螺栓的断裂失效提供指导。首先对失效螺栓开展了化学成分分析、金相组织分析、拉伸力学性能测试和断口宏微观形貌分析,初步得出了螺栓断裂的失效原因,然后在分析往复式过山车运动形式、车辆连接器结构特征、安装方式和受力形式的基础上,采用容许应力幅法对车辆连接器螺栓进行了疲劳寿命评估分析。综合定性与定量分析结果确定车辆连接器螺栓由于承受交变载荷而发生了高周疲劳断裂。最后,提出了针对该类往复式过山车车辆连接器的结构优化措施,实施设计改进后,提高了螺栓连接的可靠性和游乐设施运行的安全性。

有限滑动螺栓连接装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究

介绍了一种新型装配式混凝土剪力墙结构,其预制剪力墙之间的水平接缝采用高强螺栓和T形钢框进行连接,竖向接缝采用有限滑动螺栓连接件及钢柱进行连接.对2个装配式剪力墙试件进行拟静力试验,探究了有限滑动螺栓连接件滑动距离对剪力墙破坏特征、滞回性能、承载能力、耗能能力、延性及刚度退化等抗震性能的影响.结果表明:该新型装配式剪力墙有效地实现了三阶段工作机制,滞回曲线饱满,耗能能力较强,延性系数大于6.5,整体抗震性能良好;长孔有限滑动螺栓连接剪力墙的累积总耗能和延性系数分别较短孔有限滑动螺栓连接剪力墙高20.4%和50.7%,但其峰值荷载较后者低27.7%,而且后者具有较高的后期刚度.

丰都长江大桥高强度螺栓连接的试验研究

介绍了用于丰都长江大桥450加劲钢桁梁的新型大六角扭剪型高强度螺栓及接头的试验研究，结果表明各项数据均满足国标要求．

超大型浮体带空心变截面的铰接式连接器强度研究（英文）

超大型浮体长达数公里,具有庞大的排水量,往往采用模块化建造,此时模块间的连接系统是最为薄弱的环节,也是整个系统最重要的部分。由于在海上经历风浪流等复杂的载荷,超大型浮体模块间的连接器需要遭受巨大的载荷。因此,精确地评估连接器强度是连接系统设计环节中最重要的一环。文章基于刚性模块柔性连接的方法预报载荷,结合超大型浮体的使用功能要求,进行了连接器的结构设计,基于带空心变截面的连接器有限元模型进行了强度评估。结果显示,带环肋的空心销轴连接器能够满足强度要求。

铝合金/高强度钢连接件西沙暴露试验

选取某飞机铝合金/高强度钢连接件开展西沙暴露试验,掌握连接件腐蚀变化趋势。结果表明,连接件保护涂层耐老化性能良好,采用湿装配有效避免了电偶腐蚀和缝隙腐蚀,连接件背面螺栓、螺母和铆钉(30CrMnSiA,表面镀镉)为其腐蚀薄弱环节,需加强防护。

可拆卸组合梁剪力连接件抗剪性能数值分析

为避免传统螺栓剪力连接方式的缺陷,提出了一种用于可拆卸组合梁的新型插块式螺栓剪力连接件。以螺栓直径、缩颈杆段长度、插块材料和插块尺寸为研究参数,共设计了9个静力推出试件,研究了插块式螺栓剪力连接件的抗剪性能。以推出试件为原型,建立ABAQUS有限元分析模型进行数值分析,并通过试验进行验证。结果表明:插块式螺栓剪力连接件的荷载-滑移曲线呈现出预期的明显二次刚度特性,具有良好的剪切滑移延性;破坏模式为预设的缩颈杆段区段内的螺栓发生剪断,而此时预制混凝土板和钢梁无明显损伤;增大螺栓直径可以显著提高连接件的抗剪承载力和抗剪刚度;增加缩颈杆段长度可以提高连接件延性变形能力,但会降低连接件屈服抗剪承载力和抗剪刚度,对极限抗剪承载力则无显著影响;相比于普通混凝土和高强砂浆,使用超高性能混凝土作为插块材料使得插块式螺栓剪力连接件的抗剪承载力和抗剪刚度均得到了提高;插块尺寸对连接件力学性能没有明显影响,但螺栓缩颈杆段和混凝土板预留孔孔壁之间应确保螺栓有足够的剪切滑移变形空间。