基于无滑移接触的螺栓连接结构动力学建模方法及试验验证

为准确描述和分析动力学环境下螺栓连接结构的响应行为,提出将无滑移接触区域作为有效接触区的螺栓连接结构动力学简化建模方法;无滑移接触区可通过非线性静力学数值模拟获得。仿真结果表明,螺栓预紧力对无滑移接触区范围影响甚微,可以避免拧紧力矩以及拧紧力矩系数等参数的取值差异对建模精度的影响。同时,开展了典型组合结构从部件级到系统级的多层级模态试验,测试结果表明多阶模态频率及振型的试验结果与仿真结果吻合良好,说明该建模方法准确、有效,适用于正向设计过程中对产品动力学特性的研究。

喷砂处理钢板高强度螺栓摩擦型连接循环抗剪试验研究

为了解决地震下高强度螺栓抗剪连接承载力性能的问题,对钢板喷砂处理的不同螺栓尺寸和孔型的36个高强度螺栓抗剪连接件进行了双剪、单剪和夹紫铜片双剪的循环加载试验,获得了连接件抗剪承载力、抗滑移系数、滑移前变形、刚度、滑移后的滑动承载力、实测摩擦因数、名义摩擦因数和螺栓拉力。结果表明:双剪连接刚度大,单剪连接滑移前变形是双剪连接的1.8倍;在喷砂钢板间夹紫铜片后抗滑移系数提高约16.1%并可减小摩擦力离散性和滑移噪声;螺栓垫圈与喷砂钢板间的摩擦力对单剪抗剪承载力有提高作用;提出修正的单剪连接抗滑移承载力公式;给出双剪、单剪和夹紫铜片双剪连接的滑移前变形建议取值,提出3类连接的滑动承载力公式。

桥梁施工中钢抱箍滑移原因与防滑措施研究

为研究桥梁施工中钢抱箍滑移原因并提出针对性的应对措施,对钢抱箍受力进行理论分析。针对钢-混界面进水及螺栓施拧不足造成的滑移,进行钢-混界面摩擦系数和螺栓拧紧力矩系数测试及定量分析,根据测试结果并结合现场经验提出钢抱箍防滑措施。结果表明:实测干燥状态下钢-混界面的静摩擦系数为0.62,大于常用设计值(0.3~0.4),钢抱箍偏安全;界面润湿后,静摩擦系数有所降低,但仍高于常用设计值,说明钢-混界面进水会降低钢抱箍承载能力,但降低程度还不足以导致钢抱箍滑移。螺栓拧紧力矩系数取值不当是钢抱箍滑移的主要原因,拧紧力矩系数常用设计值仅为测试值的1/1.7~1/3.6,偏不安全;拧紧力矩系数取值跟螺栓轴线与承压板法线间的夹角有关,建议现场对其进行实测,以保证螺栓预紧力与设计相符。钢抱箍设计时,摩擦系数可偏安全地取0.45,螺栓拧紧力矩系数可在参考范围内取大值,并结合1.5~2.0的安全系数确定螺栓数量,以避免钢抱箍滑移。

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。

温州瓯江北口大桥施工期索夹抗滑移控制

温州瓯江北口大桥为主跨2×800 m的三塔四跨双层钢桁梁悬索桥,主跨钢桁梁采用1000 t缆载吊机大节段吊装,施工期索夹受力大、索夹螺杆紧固力损失大,索夹滑移风险高。为给施工期索夹滑移风险评估和抗滑移控制措施提供依据,在《公路悬索桥设计规范》(JTG/T D65-05—2015)索夹抗滑移系数计算公式的基础上,考虑索夹上临时荷载、主缆轴力增加引起的主缆直径变小和主缆丝股重新排列、螺杆时变效应造成的索夹螺杆紧固力损失,提出适用于大跨悬索桥施工期的索夹抗滑移系数计算方法,分析主要参数对施工期索夹抗滑移系数的影响,并评估该桥施工期索夹抗滑移风险,提出索夹抗滑移控制措施。结果表明:钢桁梁吊装过程中,索夹倾角变化大,应采用当前施工阶段索夹倾角计算施工期索夹抗滑移系数,主缆轴力增加引起主缆直径变小是造成索夹滑移的主要原因之一;该桥除主跨跨中钢桁梁节段对应索夹抗滑移系数满足规范要求外,其余索夹抗滑移系数均不满足规范要求。根据索夹滑移风险评估结果,采取紧固索夹螺杆的抗滑移控制措施,并明确了该桥索夹螺杆紧固次数和时机。该桥采取索夹抗滑移控制措施后,施工过程中索夹均未出现滑移现象。

钢-钢抱箍的界面力学行为及承载力研究

钢抱箍常被用于施工支架和顶升工程中,为了解钢抱箍与被箍构件界面之间的摩擦和滑移性能,分析钢抱箍的承载力及其主要影响因素,开展了3组10个钢抱箍试件试验研究。基于验证的数值模型,深入研究了螺栓预紧力、抱箍与被箍钢管界面设置橡胶垫层与否、抱箍尺寸3个主要因素影响下的被箍钢管表面剪应力分布、界面相对滑移与摩擦应力关系、抱箍承载力-预紧力变化规律及抱箍破坏模态。提出了钢抱箍承载力理论计算公式,分析了界面摩擦应力与滑移之间的规律。结果表明:螺栓预紧力是左右抱箍承载力的重要因素,抱箍承载力随螺栓预紧力增大呈线性提高;界面橡胶垫层降低了抱箍与被箍构件界面剪切刚度和抱箍承载力,提高了极限破坏时的界面滑移值;在同等条件下,钢抱箍的尺寸变化主要是改变了界面剪应力,对钢抱箍整体承载力影响甚微。

摩擦型高强螺栓连接抗剪滑移行为研究

为研究摩擦型高强螺栓抗剪连接的滑移行为,分析了钢结构全过程的受力和变形性能。采用简化的螺栓滑移数值计算方法,使用COMBIN39弹簧单元模拟了螺栓与盖板、芯板之间的摩擦行为以及螺杆与螺栓孔壁之间的接触挤压行为。通过ANSYS有限元软件模拟了单行四列螺栓连接抗剪滑移过程并采用试验加以验证。建模分析了三行六列螺栓群在摩擦阶段、滑移阶段和弹塑性变形阶段的连接抗剪滑移过程,总结出各行螺栓在各个阶段的传力比和芯板、盖板的应力分布规律。根据三阶段滑移过程,提出了螺栓群总滑移量的计算公式。以孔壁变形特点为依据,采用分段函数拟合出孔壁的变形-荷载曲线,并将拟合的曲线与芯板和盖板各螺栓孔壁变形平均值有限元结果进行了比对。结果表明:有限元计算的荷载-位移曲线与实测的荷载-位移曲线吻合良好,验证了有限元模型的正确性;拟合的变形-荷载曲线与有限元模拟值吻合良好;当外荷载为375 kN时,传力比最大的第1列螺栓首先开始松动,之后便出现微小滑移;当外荷载增加至905 kN时,第1列螺栓芯板位置处出现大面积塑性变形区并发生孔壁挤压破坏,可以认为芯板已经达到极限承载能力状态,但此时盖板的Von Mises应力仅为231.1 MPa,说明盖板没有进入屈服状态。研究结果可为摩擦型高强螺栓群的研究和设计提供参考。

某变速箱轴承支架螺栓滑移分析及优化验证

针对某型号自动变速器(CVT)路试中出现的啸叫问题,通过噪声Colormap图和接触斑点试验找到引发啸叫问题的原因为轴承支架处的螺栓滑移量过大,导致小齿轮轴系偏斜引起的。利用有限元对壳体与轴承支架间的螺栓连接滑移量和位置进行预测,原方案中螺栓最大滑移量为0.39mm,远超设计目标值。为此,在结构上提出无缝销并增加接合面粗糙度的方案来减小螺栓滑移量,优化后的结果表明,螺栓滑移量降低至0.09mm,防滑性能提升约76.9%,经进一步的下线检测(EOL)试验和路试验证,啸叫问题得到解决。

MoS_(2)涂层螺栓连接的摩擦界面失效机制研究

在螺栓表面进行MoS_(2)涂层涂覆处理可提高其减摩性能进而减缓磨损,但也导致螺栓连接时螺纹表面磨损机制更为复杂。通过仿真与实验研究探究MoS_(2)涂层螺栓连接的摩擦界面失效机制,通过ABAQUS仿真软件将MoS_(2)涂层引入螺栓连接结构有限元模型中,得到在不同预紧力和界面摩擦因数下涂层螺栓螺纹处的应力分布及相对滑移幅值,并通过实验验证模型的准确性。结果表明:增大预紧力有助于MoS_(2)涂层螺栓连接防松,但预紧力过大会使螺栓连接界面的应力应变增大进而产生塑性变形,导致螺栓连接的防松效果降低;增大界面摩擦因数将使得螺栓连接界面的应力应变增大,导致其磨损程度也相应增加,并且第一圈工作螺纹磨损程度最严重;螺栓表面有无涂覆MoS_(2)涂层的应力分布规律和相对滑移幅值变化趋势基本相同,且在螺纹牙底均出现应力集中现象;但涂覆MoS_(2)涂层后的应力值相对较小,且螺纹表面的磨损程度降低,其摩擦界面失效机制主要为疲劳磨损。

Research about the composite section beam system on the state of interface slip

with the constant popularity of the precast assembly gasification, the application of the composite section beam which can change into different sections is wilder. This passage, based on the hypothesis that the interface is smooth, simplify the double composite section beam and deduce the anchorage-bolt-shear and composite-section-beam-bending-capacity formulas when there is a slip on the interface in elastic stage. Moreover, it contains some prospect and summarizes of the later research.

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括:螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明:连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。

胜利黄河大桥病害高强螺栓节点修复及桥面板补强技术

胜利黄河大桥主桥为(60.5+136.5+288+136.5+60.5)m连续钢箱梁斜拉桥,桥面板采用正交异性钢桥面板,钢箱梁节段横缝采用摩擦型高强螺栓(Friction-type High-Strength Bolt,FHSB)连接。受人为和自然环境因素影响,该桥运营33年后出现了横缝FHSB节点锈蚀、接触面磨光、正交异性钢桥面板U肋焊缝开裂与脱落、横缝折角等病害。对该桥病害进行统计及成因分析,并提出病害FHSB节点修复及超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)桥面板补强技术。拆除横缝位置处的原连接U肋拼接板,按照“纵横对称间隔拆除”的原则拆除原桥螺栓群,喷砂处理节点接触面,螺母侧朝下重新栓接更换的拼接板,栓焊新增的U肋拼接板,最后铺装UHPC桥面板。通过理论分析及数值模拟,对比分析了加固前、后横缝FHSB节点的抗滑承载力及主梁结构性能,并进行全桥荷载试验。结果表明:加固后,横缝FHSB节点抗滑承载力恢复至设计值,修复施工阶段桥梁结构安全可靠,改造后主梁结构性能满足规范要求。

动车组设备舱裙板支架螺栓滑移问题研究

针对某动车组设备舱裙板支架螺栓在检修时发现的滑移问题,根据该动车组车轮磨耗中期线路实测的加速度功率谱,进行长寿命随机振动试验。根据IEC 61373:2010标准进行冲击试验,通过光纤智能螺栓及测试系统对试验过程中的预紧力变化进行监测,并结合有限元仿真分析及VDI 2230:2014标准对该位置螺栓抗滑移性能进行校核,为螺栓滑移问题分析提供参考。

剪切滑移型反倾向岩质边坡锚固参数优化研究

以娄湘公路北侧反倾边坡为实例,采用有限差分软件FLAC3D建立数值模型,对不同锚固参数下反倾边坡的变形破坏特征和锚固力加固机理进行分析,揭示了各个参数与反倾边坡滑移变形特征的响应关系。结果表明:锚杆加固在坡底时对剪切滑移型边坡的变形起到主要控制作用,边坡抗滑移能力最高;锚杆越长,边坡变形量越小,锚杆锚固力随锚杆长度的增加而增大,边坡稳定性提高;在保持锚杆长度和锚固位置不变的情况下,锚固角增大可以使边坡锚固力增加,边坡稳定性提高,但影响很小。

基于粘结-滑移模型的新型输电线路装配式岩石锚杆基础设计研究

新型输电线路装配式岩石锚杆基础由预装地脚螺栓的预制柱、预制底板、连接钢板和锚筋,通过灌浆形成整体。有限元仿真考虑了材料非线性,建立了第一、二锚固界面的粘结-滑移模型,研究了基础在上拔及水平荷载作用下的力学响应。结果显示:基础满足承载力要求,关键节点及相关构件保持弹性状态,具有传力直接有效、施工质量好、进度快、易于后期模块化预制等优点。同时还编制了系列通用设计图、施工方案及智能配置程序。

抗滑移系数自动检测系统研究

摩擦面抗滑移系数是钢结构高强度螺栓连接设计的重要技术参数。传统的抗滑移系数检测系统在试件产生位移等情况下,需要人工手动关闭系统,存在控制延时、压力传感器数据偏小、试验结果偏大等问题,增大了试验的误差和不确定性。开发设计了一套专用抗滑移系数检测系统,通过系统内置螺栓孔类别因素算法实现滑移载荷的自动检测与记录,降低了人为控制介入,有效减少了试验误差。

不锈钢构件螺栓连接摩擦面抗滑移系数试验

目的 研究不锈钢构件螺栓连接摩擦面抗滑移性能,为摩擦型不锈钢螺栓连接在建筑上的应用以及为编不锈钢规程提供试验依据.方法对奥氏体316不锈钢板的螺栓连接节点摩擦面的抗滑移系数进行试验研究,包括10.9级高强度螺栓、奥氏体不锈钢A4-70和A4-80螺栓,摩擦面处理方法采用拉丝、喷砂、割痕、不处理四种.结果抗滑移效果最好的是拉丝处理,其次是割痕处理,喷砂处理的抗滑移效果最差,甚至比没有经过处理的亚光表面更差;除A4-70外,10.9级和A4-80螺栓都可达到设计预紧力要求.结论不锈钢A4-70螺栓没有达到规范中的设计预紧力要求,建议通过进一步的研究提高其扭矩系数;对于上述4种摩擦面处理方法,总体抗滑移效果较差,因此若要在不锈钢结构中使用摩擦型螺栓,不锈钢摩擦面的处理工艺有待于进一步开发.

急倾斜厚煤层走向长壁开采底板破坏滑移机理

为掌握急倾斜走向长壁放顶煤工作面底板破坏和滑移机理,结合弹塑性力学相关理论分析了急倾斜煤层底板破坏的力学临界条件,采用数值模拟对宝积山矿急倾斜综放开采底板在无支护条件和木锚杆临时支护条件下进行了模拟,得到了相应的塑性破坏区,为急倾斜工作面底板管理提供理论基础。研究结果表明:工作面推进过程中的底板瞬时卸压是底板破坏的主要原因,由于煤层倾角较大,破坏的底板发生沿倾向滑移,破坏"顶板-支架-底板"系统的整体稳定性。应用木锚杆对底板进行临时支护,可有效控制底板破坏和滑移。

方钢管柱对穿螺栓柱-柱拼接节点轴压承载性能试验研究

小尺寸闭口截面柱的螺栓拼接技术国内外研究较少,提出了一种新型的以内套筒作为连接件,以高强度螺栓和对穿螺栓作为紧固件的拼接节点形式。通过轴压破坏试验分析节点的受力特性、承载力和破坏方式,提出节点强度设计建议。结果表明,节点连接安全可靠,但由于存在螺栓滑移,适用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的连接中。

涂醇酸铁红或聚氨酯富锌漆连接面抗滑移系数测定——轻型薄壁钢构件高强度螺栓端板式连接系列研究之一

介绍了连接接触面涂醇酸铁红或聚氨酯富锌漆的高强度螺栓连接抗滑移系数试验研究。给出分别采用上述两种底漆时的连接板接触面抗滑移系数设计取值的建议 。