角鋼螺栓連接中角鋼肢厚對(duì)螺栓邊距影響的研究

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

角鋼螺栓連接中角鋼肢厚對(duì)螺栓邊距影響的研究

甘仲偉

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院廣東廣州510006)

運(yùn)用ABAQUS模擬角鋼螺栓連接，研究角鋼不同肢厚對(duì)角鋼螺栓連接中螺栓邊距的影響。本文設(shè)計(jì)了4組不同肢厚角鋼分別在不同螺栓邊距下的角鋼螺栓連接試件，對(duì)比荷載位移曲線與極限承載力研究試件的抗剪性能。研究結(jié)果表明，螺栓邊距與角鋼厚度有關(guān)，并給出相應(yīng)角鋼在不同肢厚下的螺栓邊距建議值，便于實(shí)際工程應(yīng)用。

角鋼；螺栓；抗剪性能

一、引言

角鋼螺栓連接在工程中應(yīng)用廣泛[1]，左元龍[2]等對(duì)輸電塔中組合角鋼螺栓連的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了研究；高義奇[3]等研究了火災(zāi)下拉剪組合作用對(duì)高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)性能影響的研究；陳愛(ài)國(guó)[4]等研究了腹板雙角鋼梁柱連接的滯回性能；對(duì)比文獻(xiàn)及查閱規(guī)范[5]發(fā)現(xiàn)，角鋼螺栓連接中，螺栓邊距值(螺栓孔中心到肢背距離)沒(méi)有明確給出，僅在手冊(cè)[6]中給出邊距建議值，但并未考慮角鋼肢厚對(duì)螺栓邊距的影響。本文以《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的建議值為基礎(chǔ)，通過(guò)改變角鋼肢厚，運(yùn)用ABAQUS進(jìn)行參數(shù)分析。

二、有限元模型的建立

試件采用角鋼肢長(zhǎng)為70mm，Q235鋼材，彈性模量取2.06×105MPa，泊松比取為0.3，本構(gòu)關(guān)系見(jiàn)表1所示。模型試件均采用C3D8R實(shí)體單元，考慮材料非線性、幾何非線性，為與試驗(yàn)相符，板件，摩擦系數(shù)取0.35。

表1 材料力學(xué)性能①

圖1 邊界條件與加載

采用8.8級(jí)M18螺栓，螺栓孔取20mm，上連接板尺寸為300×150×10mm，與角鋼綁定，下連接板尺寸為500×150×10mm，與角鋼螺栓連接，模型示意圖見(jiàn)圖1所示；角鋼長(zhǎng)度取780mm，螺栓孔端距e1=30mm，螺栓孔間距e=60mm，其余參數(shù)尺寸見(jiàn)表2所示；試件中螺栓未施加預(yù)緊力。模擬中對(duì)下連接板端面施加完全固定約束，上連接板以位移控制施加荷載，如圖1所示，加載量為20mm。

表2 角鋼參數(shù)尺寸②③

三、模擬結(jié)果與分析

利用上述有限元建模方法對(duì)角鋼型為L(zhǎng)70×5、L70×6、L70×7和L70×8分別在螺栓邊距為30mm、35mm、40mm和45mm下進(jìn)行模擬分析，所得的荷載-位移曲線見(jiàn)圖2所示。

(a)L70×5角鋼

(b)L70×6角鋼

(c)L70×7角鋼

(d)L70×8角鋼

由圖2(a)可以得到，型號(hào)為L(zhǎng)70×5的角鋼在螺栓邊距為30mm與35mm時(shí)的極限承載力分別為248kN與241kN，變形量分別為16.9mm和16.2mm；當(dāng)螺栓邊距為40mm與45mm時(shí)，極限承載力分別為223kN和214kN，變形量分別為14.2mm和12.6mm；螺栓邊距為35mm相比螺栓邊距為30mm的極限承載力下降2.91%，而螺栓邊距為40mm和45mm相比螺栓邊距為30mm的極限承載力分別下降11.2%和15.89%。圖2(b)與圖2(a)分析類似，L70×6的角鋼螺栓邊距為35mm相比30mm極限承載力下降3.49%，而邊距為40mm和45mm相比30mm的極限承載力分別下降10.0%和15.11%。圖2(c)可以得到，L70×7的角鋼在螺栓邊距為30mm、35mm、40mm和45mm下的極限承載力分別為343kN、337kN、327kN和312kN，邊距為35mm和40mm相比30mm的極限承載力分別下降1.78%和4.89%，而螺栓邊距為45mm相比螺栓邊距為30mm的極限承載力下降9.94%，下降明顯。圖2(d)可以得到，L70×8的角鋼在螺栓邊距為35mm和40mm相比螺栓邊距為30mm的極限承載力分別下降0.78%和5.43%，而螺栓邊距為45mm相比螺栓邊距為30mm的極限承載力下降16.16%，下降明顯。

四、結(jié)語(yǔ)

1、在角鋼螺栓連接下，隨著螺栓邊距的增大，試件的極限承載力與變形量逐漸降低。

2、根據(jù)極限承載力下降的程度，角鋼型號(hào)為L(zhǎng)70×5和L70×6的螺栓邊距建議值取35mm，L70×7和L70×L70×5的螺栓邊距建議值取40mm。

3、手冊(cè)中同一肢長(zhǎng)不同厚度角鋼的螺栓邊距進(jìn)行同一規(guī)定并不準(zhǔn)確，需深入研究并修改。

【注釋】

①Q(mào)235數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值

②螺栓邊距為螺栓孔中心到肢背距離

③L7051中，70代表肢寬，5代表肢厚，1代表編號(hào)

[1]余明智,鄭洪斌,岳浩,李丹丹.大規(guī)格角鋼在特高壓輸電鐵塔中的應(yīng)用研究[J].山東電力技術(shù),2016,(05):69-72.

[2]左元龍,傅鵬程.螺栓連接組合角鋼的整體穩(wěn)定及分肢計(jì)算[J].電力建設(shè),2013,(05):80-85.

[3]高義奇,余紅霞,施剛.火災(zāi)下拉剪組合作用對(duì)高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)性能影響的試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué),2014,(09):97-103.

[4]陳愛(ài)國(guó),顧強(qiáng),蘇明周,李啟才.腹板雙角鋼梁柱連接循環(huán)荷載試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2003,(06):67-71.

[5]GB50017:2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》委員會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)-第3版[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

甘仲偉(1992-)，男，漢族，福建莆田，研究生，碩士，廣州大學(xué)，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)。