摩擦型高強螺栓連接節(jié)點試驗研究

張小鵬 張 飛 邢懷念 李 達

(大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024)

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摩擦型高強螺栓連接節(jié)點試驗研究

張小鵬 張 飛 邢懷念 李 達

(大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024)

通過抗滑移試驗和扭轉(zhuǎn)試驗，研究了摩擦型高強螺栓連接節(jié)點的抗扭承載力，指出相比傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)試件，采用改進的試件不僅節(jié)省材料，而且能夠得到更合理的抗滑移系數(shù)，同時該連接節(jié)點具有穩(wěn)定的扭矩承載力。

螺栓，連接節(jié)點，抗滑移系數(shù)，扭轉(zhuǎn)試驗

0 引言

高強螺栓摩擦型連接依靠連接板件間的摩擦力來承受荷載。連接中的螺栓孔壁不承壓，螺桿不受剪。這種連接應(yīng)力傳遞圓滑，接頭剛性好，以板件間的最大靜摩擦力作為承載能力極限狀態(tài)。一些工程結(jié)構(gòu)在使用過程中往往會經(jīng)受地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害或其他超過其承載極限的情形，此時摩擦型連接節(jié)點往往會出現(xiàn)滑動，滑動后的連接節(jié)點承載力能否依然滿足實際使用的要求是工程結(jié)構(gòu)災(zāi)后評估的一個重要題目。本文開展了滑移后的摩擦型連接節(jié)點的承載力的試驗研究，探索其承載力的變化規(guī)律。

對摩擦型高強螺栓連接節(jié)點的研究，一般是考慮承受拉力、壓力和剪切力及其組合作用。考慮到工程結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性，扭轉(zhuǎn)的作用形式有時也會發(fā)生。本文通過試驗方式，對摩擦型高強螺栓連接節(jié)點的抗扭承載力進行了研究。

1 試驗準(zhǔn)備

高強螺栓等級規(guī)格為：10.9S，M20。試驗中為了能夠測量螺栓預(yù)拉力，需要在螺桿部位兩側(cè)對稱地削去一部分得到兩個平面，平面用于貼電阻應(yīng)變片。在平面與螺栓大六角頭交界處開孔，用于導(dǎo)線的連接。電阻應(yīng)變片貼好后，在其表面涂硅橡膠，待膠層風(fēng)干后，再在表面纏一層膠帶，達到最大限度保護電阻應(yīng)變片的目的。制作好的螺栓傳感器如圖1所示。

圖2，圖3為摩擦型連接節(jié)點試件。按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)制作試件三組。本文改進試件制作六組，其中三組用于對比試驗，另外三組用于連接節(jié)點的平面內(nèi)扭轉(zhuǎn)試驗。

2 試驗流程

試驗之前，對螺栓的預(yù)拉力與其所布置的電阻應(yīng)變片的應(yīng)變對應(yīng)關(guān)系進行標(biāo)定。按照如圖2與圖3所示組裝試件，對螺栓施加150 kN預(yù)緊力后開始試驗。

2.1 抗滑移試驗

依據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50205規(guī)定，對標(biāo)準(zhǔn)試件進行抗滑移系數(shù)試驗，試驗過程記錄三個力值：初次滑移時的滑移載荷T1；初次滑移后卸載到零，再重新加載滑移時的滑移載荷T2；滑移后的試件拆開，二次重新組裝后滑移時的滑移載荷T3，試驗加載形式如圖4所示。

對改進后的試件，采用滑移板面內(nèi)施加壓力的形式加載，試驗過程同樣記錄三個力值：初次滑移時的滑移載荷P1；初次滑移后卸載到零，再重新加載滑移時的滑移載荷P2；滑移后的試件拆開，二次重新組裝后滑移時的滑移載荷P3，試驗加載形式如圖5所示。

2.2 扭轉(zhuǎn)試驗

對改進后的試件進行了面內(nèi)扭轉(zhuǎn)試驗，采用電子扭轉(zhuǎn)試驗機獲得扭矩與轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系。試驗加載形式如圖6所示。

3 試驗結(jié)果

3.1 抗滑移試驗結(jié)果

抗滑移試驗的試驗結(jié)果列于表1中。抗滑移系數(shù)的計算公式為：抗滑移系數(shù)=滑移載荷/(滑移側(cè)螺栓預(yù)拉力之和×2)。

表1 抗滑移試驗結(jié)果

從表1中可以看出，標(biāo)準(zhǔn)試件的抗滑移系數(shù)小于改進后試件的抗滑移系數(shù)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于標(biāo)準(zhǔn)試件的滑移發(fā)生在試件其一側(cè)，另一側(cè)未滑移，由于試件表面不可能實現(xiàn)理想中的平整，未滑移側(cè)螺栓預(yù)拉力必然對滑移側(cè)螺栓預(yù)拉力產(chǎn)生影響，即產(chǎn)生“杠桿效應(yīng)”，導(dǎo)致滑移側(cè)板面所承受的壓力小于螺栓預(yù)拉力，進而導(dǎo)致抗滑移系數(shù)偏小。

而改進后的試件，在保證受力形式不變的情況下，克服了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)試件存在的問題，更能真實獲得抗滑移系數(shù)。另外，改進后的試件相比于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)試件可節(jié)省材料約50%。

3.2 扭轉(zhuǎn)試驗結(jié)果

采用扭轉(zhuǎn)試驗機，對改進后的試件進行扭轉(zhuǎn)試驗。其扭矩—轉(zhuǎn)角曲線如圖7所示。由圖7可知，三組試件的扭轉(zhuǎn)承載力趨向一致，表明連接節(jié)點存在較確定的扭轉(zhuǎn)承載力。

螺栓預(yù)拉力變化及最大扭矩如表2所示。由表2可知，扭轉(zhuǎn)滑動發(fā)生前后，螺栓預(yù)拉力值變化不大。

表2 扭轉(zhuǎn)時螺栓預(yù)拉力變化情況

4 試驗結(jié)論

1)摩擦型高強螺栓連接節(jié)點在初次滑移之后，即二次滑移時，其抗滑移系數(shù)會下降。對滑移后的板件重新組合成新的連接節(jié)點，其承載能力下降較大。

2)抗滑移試驗結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)試驗件，采用改進的試件不僅節(jié)省約50%的材料，而且克服了“杠桿效應(yīng)”，能夠得到更合理的抗滑移系數(shù)結(jié)果，具有一定推廣價值。

3)扭轉(zhuǎn)試驗結(jié)果表明，摩擦型高強螺栓連接節(jié)點存在較穩(wěn)定的扭矩承載力。對于本文采用的改進試件，其最大承載扭矩與螺栓平均預(yù)緊力的比值介于24～25之間，這一規(guī)律對工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工具有一定參考價值。

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Test on node of friction-typed hing-strength bolts

Zhang Xiaopeng Zhang Fei Xing Huainian Li Da

(Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)

Through anti-sliding test and torsion test, the paper studies the anti-torsion bearing capacity of friction-typed high-strength bolt connection joints, and points out that: comparing traditional standard testing components, applying improved testing components not only saves materials, but also can achieve rather suitable anti-sliding coefficients. Furthermore, the connection joint has stable torsion moment bearing capacity.

bolt, connection joint, anti-sliding coefficient, torsion test

1009-6825(2016)12-0032-02

2016-02-16

張小鵬(1955- )，男，副教授； 張 飛(1989- )，男，在讀碩士； 邢懷念(1977- )，男，副教授； 李 達(1986- )，男，講師

TU311

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