轴向荷载作用下小规格拉铆钉和普通螺栓疲劳性能对比研究

拉铆钉因其良好的防松动、抗疲劳和防腐性能以及较强的环境适应性等特点而被广泛应用于航空航天、轨道交通、桥梁建筑等领域。为解决光伏支架中螺栓连接易发生疲劳的问题,现研究一种国产新型拉铆钉的轴向疲劳性能,用以代替普通螺栓连接进而提高光伏支架的疲劳寿命。对LMY8和LMY10小规格拉铆钉及同规格的普通螺栓进行了轴向荷载作用下的静力试验和疲劳试验,并利用ABAQUS软件进行了拉铆钉铆接过程的模拟,利用FE-Safe软件对拉铆钉疲劳寿命进行了模拟。研究结果表明:在同样条件下,铆钉的疲劳性能优于普通螺栓的疲劳性能;拉铆钉在轴向荷载作用下的疲劳断口位于套环和锁紧环槽啮合的第一圈螺纹处,此处应力集中是拉铆钉发生疲劳失效的主要原因;拉铆钉的疲劳寿命会随着最小荷载的增大而提高,随最大荷载的增大而降低;由疲劳云图可知,拉铆钉在承受轴向循环荷载作用时,铆钉头部下方R角过渡处也会产生较大的应力,此区域也是易发生疲劳失效的部位。

爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆累积受力特征研究

针对全长锚固玻璃钢锚杆在多次爆破冲击作用下的损伤失效问题,依据金川三矿区玻璃钢锚杆支护参数及爆破振动现场实测数据,基于应力波反射拉伸破坏理论简化了锚杆动载受力模型并建立了数值计算方案,研究了单次及多次爆破动载下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向受力特征,并通过全长锚固玻璃钢锚杆冲击试验结果验证了数值计算结果的可靠性。研究表明:在动载强度不变的情况下,不同爆破次数下的全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力均沿杆体长度方向呈指数型下降,且锚杆最大轴向应力始终在孔口位置;随着爆破次数的增加,锚杆各部位轴向应力均不断增大,锚杆最大轴向应力增加更为明显,且轴向应力分布范围不断向锚固段深处延伸;随着爆破次数增加,玻璃钢锚杆最大轴向应力持续增大直至破坏,但金属锚杆轴向应力快速增大至一定数值后便趋于平稳,两者具有明显差异性;随着动载强度的增大,玻璃钢锚杆失效前的最大受力次数整体上呈先快速下降后缓慢下降的指数型变化特征。研究结果可为爆破冲击作用下的玻璃钢锚杆支护设计及爆破控制提供理论依据。

螺栓应变测试在机匣静力试验中的应用

为了对某型机匣内连接螺栓进行测量,以获得螺栓拧紧过程中轴向力的大小以及螺栓承受外载荷的大小,制作了一种专用的测力螺栓。通过螺栓拉伸试验拟合螺栓轴向力-应变的关系式和外载荷-应变的关系式,并将其应用于螺栓预紧力与承受载荷评估,获得机匣静载试验中螺栓的预紧力、轴力变化和承受的外载荷。

基于锚杆轴向受力特征的区段煤柱稳定性研究

以新元煤矿9110综采工作面的地质资料为背景,运用理论分析、现场监测等手段,对工作面回采过程中,区段煤柱帮锚杆的轴向受力特征进行了无损伤检测研究,得出结论如下:9110辅运巷、9110回风巷帮锚杆的轴向受力特征与超前支承压力的分布规律体现出了较好的一致性;9110回风巷区段煤柱受两次采动影响,煤柱体内塑性区发育,锚杆锚固端失效风险增大;为提高回采期间区段煤柱的稳定性需采取锚索配合钢筋梯子梁的补强支护措施,同时需要提高超前支护强度。

基于锚杆轴力实测的综采工作面区段煤柱稳定性分析

为了保障采掘工作的正常接续,实现矿井的高产高效,我国西部矿区综采工作面的区段平巷大多采用双巷掘进方式,巷间区段煤柱先后经历掘进,一次回采及二次回采的扰动影响,矿压显现剧烈。采用锚杆无损检测技术对区段煤柱采动影响区域进行了锚杆轴力实测,进而对区段煤柱锚杆支护体的实时支护状态及其稳定性进行评价,并对区段煤柱超前加固支护设计提出合理建议。研究结果表明,在工作面两端区段平巷里,随测试锚杆距工作面距离增大,锚杆轴力呈先增加至峰值后逐渐减小,直至趋于稳定的总体变化规律;锚杆轴力峰值位置正好对应着区段平巷围岩大量破坏与未破坏的交界区域;通过锚杆轴力变化可以较好地反映工作面前后方的采动影响剧烈范围,为工作面区段平巷超前支护范围及其预防加固措施提供参考依据。

采动矿压与锚杆轴力变化关系的实测研究

采用锚杆轴力无损检测技术,对采动影响区域锚杆轴力随工作面推进变化情况进行了大量现场测试,发现锚杆轴力变化与采场超前支承压力分布具有明显的对应关系。以淮南某矿回采工作面运输平巷锚杆轴力实测数据为例,检测结果表明：在距采煤工作面0~20 m范围内,受采动影响严重,锚杆轴力变化较大;在距工作面5 m范围之内,存在支承压力减压区,此区域内锚杆轴力降低;在距工作面5~20 m范围内,对应着支承压力增压区,此区域内锚杆轴力增加,且锚杆轴力峰值位于距工作面煤壁10 m左右;在20 m以外区域,受采动影响较小,对应着支承压力稳压区,此区域内锚杆轴力变化不大。在基本顶断裂后,位于减压区内的顶板锚杆轴力急剧下降,同时,位于增压区内的锚杆轴力峰值明显下降且位置向前发生跳跃前进。研究结果表明,采动支承压力分布与锚杆轴力变化存在良好的对应关系,基本顶断裂可在锚杆轴力动态响应上得到有效体现。

在役螺栓轴力电磁超声测量系统的研制

为解决在役螺栓轴力测量的技术难题,根据基于波型转换的单传感器螺栓轴力超声测量原理,研制出一套在役螺栓轴力电磁超声测量系统。详细介绍了电磁超声探头、主机和测量软件等系统的组成部分。实验室和现场试验证明,该系统能够用于在役螺栓轴力测量,测量相对误差不超过10%。该系统采用电磁超声非接触耦合,避免了耦合剂影响,测量结果具有良好的稳定性,为螺栓轴力控制提供了一种新的技术手段。

机械连接中螺栓轴向力的测试方法研究

在总结近年来机械连接结构中螺栓轴向力测试方法的基础上,针对基于应变测量方法中应变导线出线困难且在小载荷段测量不准确的缺点,提出了一种螺栓连接结构中轴向力的测试方案。对螺栓中应变片布置方案和测量段的结构进行了设计,制造了能测量轴向力的螺栓。用连接试验分别对此测力螺栓的轴向力–应变关系的线性和重复性进行了测试研究,并将标定的测力螺栓的测量结果与轴向力理论计算结果、预紧力工程算法的计算结果进行了比较。结果表明:测力螺栓的轴向力–应变关系具有良好的线性相关性和重复性,满足作为测试设备的要求;测量结果与螺栓的理论计算结果吻合,而用预紧力工程算法计算的螺栓轴向力存在较大误差,且比实测值大。

轴向交变载荷对螺栓预紧力、变形及磨损的影响

为明确螺栓预紧力衰退机理,进而开展了不同频率和幅值的轴向交变载荷对于螺栓预紧力衰退、螺栓变形以及螺纹磨损情况影响的研究。研究表明,轴向交变载荷的幅值和频率是影响上述问题的主要因素;螺栓预紧力衰退趋势呈现两个不同阶段,即急速衰退阶段和缓慢下降阶段;螺栓产生的变形是预紧力急速衰退阶段的主要原因,而由于螺纹面之间的微动磨损是预紧力缓慢下降阶段的主要原因;螺栓的变形会随着载荷幅值增大而增大,螺纹表面磨痕宽度会随着载荷幅值增大而增大,但却随着频率的增加磨痕宽度略有减小。

受轴向载荷紧螺栓联接的可靠性设计

概括介绍了可靠性设计，并论述了受轴向载荷的紧螺栓联接的可靠性设计方法。

无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙平面外抗冲击性能有限元分析

为研究无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙在平面外冲击荷载作用下的力学性能,基于ABAQUS软件建立有限元模型并利用已有试验验证该模型的有效性,在此基础上分析了冲击质量、冲击能量、轴压比、截面形式等参数对该组合剪力墙抗冲击能力的影响,获得其破坏模式。结果表明:冲击能量相同时,墙体耗散的能量随着冲击质量的增加而增加;冲击质量相同时,冲击能量的变化能够影响墙体各部件的吸能比;较小的轴压比对墙体抗冲击性能有利,设计时可不考虑轴压比参数,结果偏于安全;墙体端部槽钢开口向内较开口向外其抗冲击性能略有提升;含对拉螺栓的墙体抗冲击性能优于含交错栓钉的墙体。结合有限元分析结果,基于冲击作用下梁的塑性位移计算方法,推导出该组合剪力墙在面外冲击荷载作用下的塑性位移计算公式,计算结果与有限元分析结果吻合较好。

大直径盾构隧道施工期内部箱涵的变形特征

为了分析大直径盾构隧道施工期内部箱涵的变形特征,依托济南市在建穿黄大直径盾构隧道工程,开展施工期内部箱涵变形规律现场试验和数值分析研究。结果表明:在重型施工车辆作用下,内部箱涵拼缝处发生相对错动和张开变形,并且随着施工车辆荷载的增大而增大;内部箱涵、管片和周围土层同时发生竖向位移,隧道周围土层竖向位移呈倒漏斗形;经过施工车辆的反复碾压,内部箱涵的连接螺栓锁紧力损失严重,建议对连接螺栓进行二次紧固。

高轴压比下新型预制混凝土剪力墙抗震性能

本文研究的新型预制混凝土剪力墙指竖向分布钢筋采用单排螺栓连接、边缘构件竖向钢筋采用双排套筒灌浆连接的螺栓-套筒混合连接预制混凝土剪力墙。开展了高轴压比(0.5)下6片剪力墙足尺模型的低周反复荷载试验研究,试件分为两组,第一组为两端设置边缘构件的剪力墙,包括1片全套筒灌浆连接的全预制剪力墙PW1、2片混合连接预制剪力墙(包括1片全预制剪力墙PW2和1片一端带现浇边缘构件的预制剪力墙PW3)及其现浇对比剪力墙RW1;第二组为两端和中间均设置边缘构件的剪力墙,包括1片中间带现浇边缘构件、两端带预制边缘构件的混合连接预制剪力墙PW4及其现浇对比剪力墙RW2。研究结果表明:所有剪力墙均发生弯曲破坏;相比之下,预制剪力墙的滞回曲线更饱满,耗能能力明显好于相应的现浇剪力墙;预制剪力墙的承载力与相应的现浇剪力墙接近,第一组试件PW1~PW3的承载力分别比现浇试件RW1高8.3%、6.0%和5.2%,第二组试件PW4比现浇试件RW2低12.5%;第一组试件PW1~PW3的位移延性系数分别为2.99、2.71和3.23,第二组试件PW4的位移延性系数达到4.20,均高于相应的现浇试件(RW1为2.54、RW2为2.24)。综上可知,混合连接预制剪力墙与全套筒灌浆连接预制剪力墙的抗震性能相近,且总体上好于相应的现浇剪力墙。

轴力作用下剪切钢板阻尼器力学性能试验研究

该文通过5个拟静力试验检验了普通型剪切钢板阻尼器和形状优化型剪切钢板阻尼器的力学性能,分析了形状优化以及轴力对阻尼器力学性能的影响。试验结果表明:阻尼器设计公式计算值与试验结果吻合较好;阻尼器的腹板形状经过优化后,极限位移角增加33%,耗能区域由四角转移至中部,应力和应变集中现象得到明显改善,有效降低了夹持连接部位钢板的断裂损伤发生概率;与设计值相比,轴力可提高阻尼器的屈服承载力但使刚度有所下降;基于装配式思想设计的全螺栓连接阻尼器易于更换,较传统焊接的连接方式避免了焊接应力的不利影响,大幅度减少了修复时间与成本。

设置栓钉的方钢管混凝土柱抗震性能试验

对9个方钢管混凝土柱试件进行了低周反复试验,截面尺寸为500 mm×500 mm,钢管壁厚10 mm。依据钢管内壁焊置栓钉数量的不同将试件分为无栓钉、单排栓钉(栓钉间距250 mm)、双排栓钉(栓钉间距167 mm)三组,每组三个试件,分别采用0.4,0.5,0.6和0.8的试验轴压比。试验表明,高轴压比试件滞回曲线狭小,延性差,低轴压比试件滞回曲线饱满,延性较好;随着栓钉布置的增多,试件的水平峰值荷载略微增大,荷载位移延性略微降低。

动载激励下的预紧螺栓轴向应力特征分析

螺纹是一种使机械各个组成部分联接起来的机械要素。为了提高螺纹联接有限元模型的可靠性,对螺纹联接结构进行了参数化建模,并分析了螺栓在预紧力以及动载激励下的轴向应力特征。模型能够较好地反映螺栓螺纹牙底的应力集中,螺栓螺纹牙的轴向承载不均,螺纹孔倒角角度对螺栓螺纹的影响以及外载荷与施加在螺栓上的载荷之间的关系等多个现象的物理实质。结果表明,螺纹联接模型是可靠的,并且其分析方法对螺纹联接结构的力学性能分析及其结构优化设计研究具有重要的参考意义。

悬索桥成桥阶段索夹螺杆紧固张拉控制技术研究

为确定悬索桥二期恒载施工与索夹螺杆成桥阶段张拉工作同步进行的可行性与实施效果,以宜昌伍家岗长江大桥为背景,对成桥阶段索夹螺杆紧固张拉控制技术进行研究。首先基于主缆钢丝堆积模型及二期恒载导致的主缆承力后截面面积变化,研究二期恒载对螺杆轴力损失的影响;然后在二期恒载施工前对2次紧固张拉后的螺杆轴力进行监测;最后基于分析结果,制定成桥阶段索夹螺杆张拉工艺。结果表明:二期恒载导致螺杆轴力损失仅为37 kN,在二期恒载施工时可适当提高螺杆张拉荷载,并同步进行成桥张拉与后续的猫道拆除工作;主梁吊装后、桥面铺装前螺杆轴力衰减速度逐渐降低,根据螺杆轴力的长期衰减规律,预估638.7 d后螺杆轴力下降180 kN;制定张拉荷载提高至110%设计张拉力、螺母转角定量控制和稳压持荷等成桥张拉工艺,成桥螺杆轴力可达到设计张拉力的94.7%,满足设计要求,在主缆状态不变情况下638.7 d后的索夹抗滑移安全系数为2.82,仍具有充足的安全空间。

超大直径泥水盾构常压换刀装置载荷实时监测系统设计及应用

超大直径(直径≥14 m)泥水盾构刀具在软硬不均地层受交变载荷作用,掘进参数选取难,刀具更换频繁,常压换刀装置刀座螺栓易发生过载失效、松动等问题,严重影响隧道施工安全。为实现对换刀装置载荷实时监测、感知载荷数据来指导施工,以汕头苏埃通道工程为依托,提出一套基于光纤光栅技术的载荷实时监测系统。该监测系统利用智能螺栓在泥水环境中对螺栓载荷进行测量,通过无线通信技术传输信号,最后基于数据采集软件对载荷数据进行存储、分析。结果表明:1)该系统能够在恶劣的泥水环境下克服复杂电磁环境,稳定可靠地对载荷进行监测;2)盾构在软硬不均地层掘进时,螺栓轴力载荷呈周期性变化且因安装位置不同差异性较大,利用软硬不均地层螺栓轴力载荷差异可估算岩石侵入高度并指导刀具配置;3)通过对螺栓轴力监测能够发现螺栓松动、预紧力衰减现象,有助于及时抽检刀具、加强螺栓防松措施,对降低施工风险很有必要。该系统可用于载荷实时监测、螺栓松动识别、岩石侵入高度估算等,对盾构施工具有一定指导作用。

受轴向静载荷的螺栓联接的可靠性设计

提出了受轴向静载荷的紧螺栓联接的可靠性设计方法和有关统计值的确定。

内啮合齿轮泵联接螺栓的载荷分析

螺栓组的载荷计算一般认为是各螺栓均分工作压力,但实际上各个螺栓受力可能是不相等的。以内啮合齿轮泵上的螺栓为研究对象,对压力进行合理分区,利用SolidWorks中的Simulation功能来分析螺栓受力情况,然后计算受力最大螺栓的应力。通过此方法可以检验能否采用低精度等级的螺栓以节约生产成本。