摩擦型高強螺栓連接節點試驗研究

張小鵬 張 飛 邢懷念 李 達

(大連理工大學，遼寧 大連 116024)

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摩擦型高強螺栓連接節點試驗研究

張小鵬 張 飛 邢懷念 李 達

(大連理工大學，遼寧 大連 116024)

通過抗滑移試驗和扭轉試驗，研究了摩擦型高強螺栓連接節點的抗扭承載力，指出相比傳統標準試件，采用改進的試件不僅節省材料，而且能夠得到更合理的抗滑移系數，同時該連接節點具有穩定的扭矩承載力。

螺栓，連接節點，抗滑移系數，扭轉試驗

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。一些工程結構在使用過程中往往會經受地震、臺風等自然災害或其他超過其承載極限的情形，此時摩擦型連接節點往往會出現滑動，滑動后的連接節點承載力能否依然滿足實際使用的要求是工程結構災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點的承載力的試驗研究，探索其承載力的變化規律。

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

1 試驗準備

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

圖2，圖3為摩擦型連接節點試件。按照現行國家標準制作試件三組。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點的平面內扭轉試驗。

2 試驗流程

試驗之前，對螺栓的預拉力與其所布置的電阻應變片的應變對應關系進行標定。按照如圖2與圖3所示組裝試件，對螺栓施加150 kN預緊力后開始試驗。

2.1 抗滑移試驗

依據現行國家標準GB 50205規定，對標準試件進行抗滑移系數試驗，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 扭轉試驗

對改進后的試件進行了面內扭轉試驗，采用電子扭轉試驗機獲得扭矩與轉角的對應關系。試驗加載形式如圖6所示。

3 試驗結果

3.1 抗滑移試驗結果

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

表1 抗滑移試驗結果

從表1中可以看出，標準試件的抗滑移系數小于改進后試件的抗滑移系數。出現這種現象的原因在于標準試件的滑移發生在試件其一側，另一側未滑移，由于試件表面不可能實現理想中的平整，未滑移側螺栓預拉力必然對滑移側螺栓預拉力產生影響，即產生“杠桿效應”，導致滑移側板面所承受的壓力小于螺栓預拉力，進而導致抗滑移系數偏小。

而改進后的試件，在保證受力形式不變的情況下，克服了傳統標準試件存在的問題，更能真實獲得抗滑移系數。另外，改進后的試件相比于傳統標準試件可節省材料約50%。

3.2 扭轉試驗結果

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

螺栓預拉力變化及最大扭矩如表2所示。由表2可知，扭轉滑動發生前后，螺栓預拉力值變化不大。

表2 扭轉時螺栓預拉力變化情況

4 試驗結論

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

2)抗滑移試驗結果表明，相比傳統標準試驗件，采用改進的試件不僅節省約50%的材料，而且克服了“杠桿效應”，能夠得到更合理的抗滑移系數結果，具有一定推廣價值。

3)扭轉試驗結果表明，摩擦型高強螺栓連接節點存在較穩定的扭矩承載力。對于本文采用的改進試件，其最大承載扭矩與螺栓平均預緊力的比值介于24～25之間，這一規律對工程結構設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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