鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710000)

鋼結(jié)構(gòu)的連接方式有焊接連接、螺栓連接、鉚接連接等，其中螺栓連接不需要預(yù)熱處理，直接用扳手?jǐn)Q上即可，減少了對(duì)鋼材的損害并且裝拆方便，螺栓連接受力可以分為四個(gè)階段，摩擦力傳力階段，滑移階段，彈性階段和彈塑性階段。一般情況下螺栓使用都不會(huì)超過(guò)第三個(gè)階段，因此可以重復(fù)利用。本文對(duì)螺栓連接相關(guān)研究進(jìn)行歸納和總結(jié)，希望能對(duì)工程技術(shù)人員處理相關(guān)問(wèn)題有所幫助。

周俐俐等[1]通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明螺栓連接的合理排列問(wèn)題，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接的螺栓排列時(shí)，不僅要考慮螺栓排列方式，還要考慮截面削弱和截面受力的問(wèn)題，普通螺栓連接與摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的傳力也有不同(高強(qiáng)度螺栓連接與普通螺栓的螺栓排列方式相同)。

郭琨[2]以單板的四種加工工藝(螺紋切削、淬火切削、螺紋擠壓以及熱熔鉆)和組合板考慮軸壓和撓曲為影響因素，對(duì)28組(204個(gè)試件)普通鋼板作為螺母時(shí)的螺栓承載力進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：?jiǎn)伟迓菟ǔ休d力隨板厚增加顯著增加，螺紋擠壓工藝是較為理想加工方式；相同螺栓直徑，螺栓承載力組合板隨板厚增加而增大，但當(dāng)組合板厚達(dá)到16mm之后(螺紋圈數(shù)接近8)，承載力增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩；撓曲變形的存在使得組合板承載力降低8.2%～19.7%；組合板加工工藝的質(zhì)量對(duì)螺栓承載力有顯著影響。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析得出，可以對(duì)《機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算公式》中相關(guān)公式進(jìn)行修正，得Fb=Qpr=πd1krLkmτnr，用來(lái)計(jì)算新型全螺栓連接螺栓抗壓強(qiáng)度。

石河子大學(xué)的郭琨[3]等人提出一種新型的節(jié)點(diǎn)連接形式——新型單邊全螺栓節(jié)點(diǎn)連接。用10.9級(jí)的不同型號(hào)的高強(qiáng)螺栓對(duì)兩塊材性型號(hào)為Q345B的焊接組合鋼板進(jìn)行全螺栓連接，并對(duì)這些試件做了抗壓承載力試驗(yàn)，研究了在該螺栓型號(hào)下的組合板的板厚會(huì)對(duì)螺栓抗壓性能造成何種影響。并通過(guò)分析組合板的破壞特征和抗壓強(qiáng)度等得出以下結(jié)論：此種新型全螺栓的極限破壞形態(tài)最終的主要表現(xiàn)形式為組合板上的螺紋牙脫扣；當(dāng)保持螺栓直徑不變時(shí)，螺栓的極限抗壓承載力隨著組合板的板厚增大而增大，但相應(yīng)的增加趨勢(shì)會(huì)逐漸變緩。

田振山等[4]為了了解使用鋼板鉆孔攻絲充當(dāng)螺栓螺帽的新型螺栓連接方式所組成的新型節(jié)點(diǎn)的受力特性，采用與薄板有關(guān)的彈性理論知識(shí)，對(duì)螺紋表面的應(yīng)力分布情況與螺栓的極限承載力之間的關(guān)系做了比較詳細(xì)的分析與研究，最終得出新型全螺栓連接節(jié)點(diǎn)的承載力大小與板塊的厚度、剛度以及螺紋牙之間的螺距和表面摩擦系數(shù)的關(guān)系，也為方鋼管柱全螺栓連接的螺栓群受力分析提供了理論依據(jù)。

劉秀麗等[5]人對(duì)10個(gè)不同構(gòu)造參數(shù)的T形連接件進(jìn)行試驗(yàn)及有限元研究，比較T形件構(gòu)造參數(shù)變化對(duì)高強(qiáng)度螺栓力學(xué)性能的影響，并對(duì)高強(qiáng)度螺栓受力進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：螺栓直徑、翼緣板厚度及螺栓間距等構(gòu)造參數(shù)變化對(duì)T形件連接高強(qiáng)度螺栓受力產(chǎn)生不同程度的影響，設(shè)計(jì)中可根據(jù)具體情況選擇最優(yōu)的構(gòu)造形式；高強(qiáng)度螺栓除受到撬力的影響外，還受到彎矩的影響。

劉學(xué)春等人[6]對(duì)三個(gè)不同參數(shù)螺栓連接的多高層鋼結(jié)構(gòu)裝配節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行試驗(yàn)和有限元分析，試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明:通過(guò)調(diào)整蓋板螺栓數(shù)量和規(guī)格，可以實(shí)現(xiàn)梁柱剛性連接和變剛度連接，變剛度連接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)多遇地震作用下不滑移，設(shè)防地震和罕遇地震作用下利用蓋板與梁翼緣相對(duì)滑移耗散地震能量;通過(guò)分析螺栓接觸面的滑移，認(rèn)為蓋板與梁翼緣滑移構(gòu)造提高了梁端的變形能力，延性以及耗能能力，實(shí)現(xiàn)了摩擦耗能，可以用于抗震設(shè)防區(qū)結(jié)構(gòu)中。

徐亞洲等[7]基于Q235鋼材、10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接件微動(dòng)疲勞壽命試驗(yàn)和斷口掃描電鏡分析結(jié)果，通過(guò)有限元方法建立了Q235高強(qiáng)螺栓單面連接微動(dòng)疲勞壽命數(shù)值預(yù)測(cè)模型。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展螺栓預(yù)緊力和接觸面摩擦系數(shù)對(duì)高強(qiáng)螺栓單面連接微動(dòng)疲勞壽命的影響分析，考察螺栓預(yù)緊力的不足和連接板接觸面摩擦系數(shù)的改變對(duì)接觸面正應(yīng)力、切應(yīng)力和相對(duì)位移的影響以及數(shù)值的變化。分析結(jié)果表明:螺栓預(yù)緊力和接觸面摩擦系數(shù)對(duì)微動(dòng)疲勞壽命都有一定的影響，其中螺栓預(yù)緊力較JGJ82—2001《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》要求低10%時(shí)，微動(dòng)疲勞壽命降低約12%;連接板接觸面摩擦系數(shù)每減小0.5，微動(dòng)疲勞壽命降低約10%。

徐忠根等[8]通過(guò)改變螺栓孔邊距研究角鋼螺栓連接的抗剪性能，結(jié)果表明型號(hào)為63×5的角鋼螺栓連接試件的極限承載力隨螺栓邊距的增加而減小;角鋼延性隨螺栓邊距增大而降低;由于螺栓邊距不同，角鋼破壞模式呈現(xiàn)差異性。有限元軟件ABAQUS分析與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較好。有限元得到的荷載-位移曲線與試驗(yàn)的荷載位移曲線基本吻合，極限承載力誤差在5%以?xún)?nèi)，破壞模式與試驗(yàn)現(xiàn)象相近，驗(yàn)證了所建立角鋼螺栓抗剪連接有限元模型的合理性，可為進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

王元清等[9]對(duì)4種類(lèi)型的螺栓(鍍鋅高強(qiáng)度螺栓10.9級(jí)、8.8級(jí)，奧氏體不銹鋼螺栓A4-70、A4-80)和不同端板厚度的不銹鋼結(jié)構(gòu)外伸式端板連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)荷載下的破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：不銹鋼螺栓端板連接節(jié)點(diǎn)的滯回曲線呈Z形，且其耗能系數(shù)僅為鍍鋅高強(qiáng)度螺栓端板節(jié)點(diǎn)的40%,；當(dāng)端板較薄時(shí)，節(jié)點(diǎn)的抗震性能均有顯著提高；通過(guò)有限元分析與試驗(yàn)結(jié)果的比較，驗(yàn)證了有限元模型的正確性．研究結(jié)果表明，所有試件的滯回曲線均具有不同程度的滑移捏縮現(xiàn)象，不銹鋼螺栓端板連接節(jié)點(diǎn)、端板越薄時(shí)捏縮現(xiàn)象越明顯，因此需從設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，同時(shí)不銹鋼摩擦面的處理工藝也需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，以提高不銹鋼面的抗滑移系數(shù)。

鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接節(jié)點(diǎn)的受力性能與螺栓類(lèi)型、螺栓直徑、螺栓間距、排列方式及鋼板的厚度等參數(shù)密切相關(guān)，因此，在螺栓設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選取合理的螺栓參數(shù)。