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高温下钢结构高强度螺栓连接极限承载力的研究

黄勇祥  
【摘要】:随着我国国民经济的快速发展和钢材产量的增加,钢结构的应用日渐增多。但钢结构具有不耐火的特点,对整个结构、构件、连接及材料进行在高温环境下力学性能和承载能力的研究非常重要。高强度螺栓连接是钢结构中所广泛采用的一种连接方式,钢结构连接的性能对整体钢结构的工作性能具有重大影响,连接处一旦发生破坏,就会影响到钢结构整体工作性能,甚至使其完全丧失承载力。因此,高温下钢结构高强度螺栓连接的性能也是钢结构抗火研究的一个重要组成部分。由于高温下高强度螺栓连接的受力性能及破坏机理极为复杂,到目前为止,国内外这方面的研究并不多见,我国钢结构设计规范也尚未涉及。 本文总结了高温对钢材、钢构件和钢结构受力性能及承载力的影响,介绍了目前国内外对高温下高强度螺栓连接的研究状况。以高温下高强度螺栓抗拉和抗剪连接极限承载力的试验结果为基础,利用ANSYS软件包建立三维实体有限元模型,对高温下高强度螺栓抗拉和抗剪连接进行了非线性有限元计算,得到各种温度下高强度螺栓连接的极限承载力,并且将计算结果与试验进行对比,验证了有限元模型的正确性,得出了高强度螺栓抗拉和抗剪连接的极限承载力随着温度的升高而降低的规律,并由计算的数据分别得出了相应的拟合公式,以供高强度螺栓连接的抗火设计的参考。 同时本文还充分利用有限元计算结果分析了高温下高强螺栓连接的受力性能和破坏机理,得出了高强度螺栓连接在高温下预拉力降低系数与温度的关系,并初步认为高强度螺栓抗剪连接的滑移荷载降低的主要原因是高温下摩擦系数的降低和预拉力的损失。 本文的研究具有一定的实用价值。分析结果可为同类研究和将来钢结构规范的修订提供参考和依据。


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