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高强度钢材螺栓连接抗剪性能试验研究1石潘斌施刚王元清


日期:2019-11-11     阅读:1880     

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高强度钢螺栓连接接头抗剪强度的试验研究1石材永久性潘斌石刚王元庆(土木工程安全与耐久性部的重点)。在中国,仅研究了普通强度钢的螺栓连接,并制定了相应的设计方法和规定。尽管欧洲法规已经对高强度钢制定了相关法规,但它们与普通钢没有特别的区别。特别是,关于端部距离,裕度和螺栓间距对高强度钢螺栓剪切连接性能的影响的研究非常少。因此,有必要通过实验进行研究。

360-05美国钢结构设计规范中相应的设计方法和计算公式进行了比较和分析。

测试概述1.1试样设计在该测试中研究的钢的强度等级为460 MPa。中国目前的结构钢主要包括高性能建筑结构钢(G型钢)和低合金高强度结构钢。根据其相应的钢材标准:GB/T-2005建筑结构用钢和GB/T1591-2008低合金高强度结构钢,460 MPa强度等级钢采用Q460钢,其质量等级(这种钢包括C, D,E三)按制造商。钢板的加工计划采用离子切割,热输入量在剪切处理和火焰切割处理之间,并且热输入量小。从同一钢板上切下试验中使用的所有试验片,以确保其材料性和分散性小。使用了两个10.9 M27高强度螺栓,以防止螺栓被提前切断。螺栓未预张紧。螺栓孔直径30试验主要具有以下参数:1)端距e1; 2)保证金e2;螺栓间距ft.1、2、2的值不限于中国的规格(ei2.0d0,e21.2d0,p22.4d0,其中d0是螺栓孔)。试件的钢板几何参数如下所示。每个测试件都有编号。如表1所示,“ B”代表螺栓连接“ B”,该数字为序列号。数字的最后一位代表钢板的厚度。

Q460级钢板的几何参数表1试件尺寸试件编号1.2加载装置和加载系统测试加载装置如图所示,通过双盖螺栓连接测试片,盖板的厚度为40 mm,以确保试片损坏发生在核心板上。用液压万能试验机将试件垂直拉伸,并对试件的两端进行滚花处理,以增加试验机卡盘的夹紧力,以确保在加载过程中不会发生松动。在标准加载之前,先对试件进行预加载,使螺栓孔间隙闭合并进入正常工作状态,载荷与变形的关系趋于稳定。同时,确保测试加载装置和测试仪器正常工作。在预加载到预定负载的5%后,将其卸载到零,然后施加单调负载,并将加载速率控制在1.5 mm/mm,直到测试件破裂或承载能力显着降低。

1.3测量内容和方法测量内容主要包括试件的实际尺寸,钢材的材料性能,试件的拉伸变形和螺栓连接的极限承载力。每个测量内容的具体操作如下。

1.3.1试件的实际尺寸试件的实际尺寸测量包括板的厚度和长度以及螺栓孔的位置和直径。对于板的厚度,取板两端的厚度和孔1的位移; 2-垫圈测试加载装置横截面的厚度平均值。

1.3.2钢板材料的机械性能通过标准材料试验获得材料性能参数。对于每种厚度的钢板,取三个钢试件。

1.3.3试件变形在节点区两侧各布置一个引伸计,量测结果的平均值作为节点区的变形。1.3.4极限承载力连接节点的极限承载力读数根据加载设备的力传感器直接得到。

2试验结果2.1试件实际尺寸试件的实际尺寸如表2所示。板件厚度取两端板件厚度和孔截面处厚度的平均值。端距和边距取两个螺栓孔的平均值。

表2试件实际尺寸试件编号表3 Q460-C钢材力学性能钢材厚度t/试件编号伸长率弹性模量E/105MPa屈服强度抗拉强度屈服应变屈服平台末端应变极限应变注:表中数据为3个试件的平均值。

2.2材性试验结果对于每种厚度的钢板,分别取了3个试件进行拉伸试验。表3中试件编号CT表示材性试验,末位数字为厚度。材性试件尺寸根据GB/T 228—2002金属材料室温拉伸试验方法对比例试件尺寸的规定确定。

由拉伸试验获得的两种厚度钢板的应力-应变曲线以及力学性能如和表3所示。根据试验数据可知:断后伸长率5大于23%,满足规范大于20%的要求;弹性模量E平均值为2.屈服强度/y在490~530MPa;抗拉强度人在630~660MPa;屈强比/;//<0.81,满足规范小于0.83的控制要求;屈服平台末端应变在0.02以上;极限应变在0.14以上。

2.3极限承载力试件的极限承载力P和变形如表4所示。

表4极限承载力和变形试件号极限承载力变形2.4破坏模式WinterM将螺栓剪切连接的破坏模式分为以下四种类型:端部撕裂,孔壁压缩破坏,净截面破坏和螺栓剪切。测试样本设计有两个10.9 M27高强度螺栓,以避免螺栓的剪切破坏。因此,在测试期间仅钢板被损坏。钢板的失效模式随几何形状变化,如图所示。可以发现,端部距离,裕度和螺栓间距等几何参数会极大地影响钢板的破坏模式。

2.5载荷-位移曲线样本显示了典型的载荷-位移曲线。可以看出,在载荷的初始阶段,随着载荷的增加,由螺栓和孔壁之间的接触引起的应力集中使板迅速进入塑性状态,载荷-位移曲线弯曲。由于该测试设计避免了螺栓的剪切破坏,因此壁压压缩破坏和净截面破损显示出良好的延展性,并且载荷-位移曲线具有更长的屈服平台。

其中,净截面断裂的B8-460-10试样的极限承载力最低,其载荷-位移曲线具有明显的下降截面。

该规范还规定了螺栓剪切连接的变形极限:对于美国规范AISC,它被视为6.1纵向撕裂; 2-推动孔的前部:3-倾斜裂缝:4 a横向撕裂破坏模式图载荷-位移曲线图2.6标称极限应力比试件的标称极限应力和测得的拉伸强度//u如表5所示。标称极限应力定义为两种类型:轴承应力和净截面平均应力净值。轴承应力是表4所示极限承载力与轴承面积之比;净截面平均应力是表4所示的极限承载力。与净截面面积之比。

3结果分析Eurocode3中的螺栓剪切连接设计公式基于167组钢板的压力测试。 167组测试中只有一项是两个螺栓,其中137个是S235级钢,另外30个正在研究更高强度的钢(相当于S690)。为了将测试结果与欧洲规范进行比较,在计算中直接替代了钢板的实际强度和几何参数(如表2和3所示),并且不考虑分系数Ym2。表5极限应力比试件号板轴承压力计算公式:端螺栓:内螺栓:钣金件屈服计算公式:将根据欧洲规范设计公式计算出的试样的承载力与试验进行比较值,如表6所示。从表6可以看出,大多数测试结果都比Eurocode 3计算的结果大,最大偏差为25%,这表明欧洲规范是安全的。然而,欧洲标准在对试件的失效模式的预测上与实际的有所不同。

表6的测试结果与Eurocode 3的测试件数比较预测失败模式实际失败模式Fuc):失败模式,B代表孔壁压力失效:N代表净断面。

360-05的比较净截面:-05根据耐螺栓连接的螺栓失效模式,设计检查分为以下几个方面。

包含壁面压力的损坏:将根据美国规范设计公式计算出的试件的承载能力与测试值进行比较,如表7所示。由于美国标准对端部撕裂的影响:螺栓孔是有限的,因此当载荷为P6.35时,测试值为6(1/4英寸)。可以看出,测试结果为零成品率:两者均低于AISC360 -05设计公式的计算结果。

表7测试结果与AISC 360-)5的比较试件编号预测的失效模式实际失效模式Rn):失效模式,E表示端部撕裂; B代表孔壁压缩失败:N代表净断面。

4结论1)端距,裕度和螺栓间距等几何参数将极大地影响钢板的轴承失效模式。随着边界和螺栓间距的减小,破坏模式将逐渐从壁压缩破坏过渡到净截面破坏。这对于研究螺栓-剪切连接结构的极限具有重要意义。

3设计方法的计算结果一般低于试验值,孔壁的压损模式安全系数较大;考虑螺栓孔变形极限时,测试结果低于AISC360-05设计公式的计算结果。

3)对于Q460高强度钢螺栓的承载能力,欧美法规无法预测其失效模式和极限承载能力。建议进行更深入的参数分析以改进标准设计。方法。

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