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高温下摩擦型高强螺栓连接节点在偏心拉力作用下的受力性能研究

张秋萍  
【摘要】:随着钢结构建筑的发展,高强螺栓连接得到了广泛的应用。虽然钢材为不可燃烧材料,但它不耐火,高温下承载能力下降幅度大,我国钢结构的抗火研究也取得了不少成果,但是,高温下高强螺栓连接节点受偏心力作用的研究还几乎没有。 本文主要研究高强螺栓连接节点在高温下偏心受剪的力学性能,重点研究高强螺栓用钢的弹性模量,高强螺栓预拉力的变化以及高强螺栓连接节点的破坏形态、滑移荷载以及滑移系数,根据试验结果进行拟合分析。 在高温下,钢材的强度和弹性模量都会发生变化,因此,高温环境下钢材的弹性模量的确定是进行钢结构抗火设计的重要组成部分。本试验为高强螺栓20MnTiB钢在不同温度下的单向拉伸试验,得到20MnTiB钢的应力-应变关系及弹性模量指标,并且进行数学拟合,得出20MnTiB钢的弹性模量随温度变化的规律。 温度是影响高强螺栓预拉力变化的重要因素之一,在高温下,高强螺栓极易发生应力松弛的现象,而应力松弛现象直接导致高强螺栓的预拉力下降、高强螺栓连接节点的滑移荷载下降。本试验对自行设计的高强螺栓节点进行高温下的应变变化监测,推出应变变化规律,拟合成温度—应变曲线,温度—预拉力曲线,总结出预拉力的变化规律。 研究高强螺栓连接节点在高温下的受力性能至关重要,本文对十组高强螺栓连接节点试件在高温下进行偏心抗拉试验,研究其破坏形态、滑移荷载以及抗滑移系数。试验表明:随着温度的升高,高强螺栓连接节点的滑移破坏越来越早,滑移荷载、滑移位移都逐渐减小,结合20MnTiB钢的弹性模量以及高强螺栓预拉力的变化,得出抗滑移系数也随着温度升高而减小的趋势。 最后,采用ABAQUS建立有限元模型,对高强螺栓连接节点在高温下受偏心力作用的受力性能进行仿真模拟分析,并与试验结果进行对比分析。


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