[發明專利]一種螺栓滑移對鋼結構承載影響的測量方法

有效

• 申請號: 201310447334.9
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103488903A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉純;唐遠富;歐陽克儉;陳紅冬
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網湖南省電力公司電力科學研究院;湖南省湘電試研技術有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及鋼結構承載分析領域,特別是一種螺栓滑移對鋼結構承載影響的測量方法。?

背景技術

一般的鋼結構文獻認為普通螺栓不宜作為抗剪連接，然而在輸電鐵塔中大量使用普通螺栓并作為抗剪連接件。對于這種節點構造形式，世界各國的設計規范中僅給出其強度設計公式，而沒有考慮連接滑移變形的影響。由于輸電鐵塔中的螺栓預緊力通常較小，且螺栓與螺栓孔之間存在構造間隙，因此在螺栓連接部位極易發生連接件與被連接件之間的相對滑動，大量的真型塔試驗表明輸電鐵塔中的螺栓連接滑移現象十分普遍。

在現行的設計計算中通常未考慮螺栓滑移，但由于螺栓設計選型（未采用高強螺栓）、制造工藝（螺孔過大）、現場安裝等問題造成鋼結構在應用中存在螺栓滑移現象，如何評定螺栓滑移對鋼結構安全性能的影響是一個技術難題。由于螺栓滑移，鋼結構螺栓連接點在空間的位移變化不確定，在鋼結構有限元計算中，由于沒有合適的單元類型，而且也很難通過邊界條件設置來模擬。

普通螺栓抗剪連接滑移主要由以下兩部分組成：l)間隙滑移：主要由螺栓與螺孔間的安裝間隙決定；2)變形滑移：主要包括螺孔壁以及螺桿的變形。由此可見，螺栓連接滑移將受螺栓數目、螺栓參數、連接件與被連接件參數、螺栓孔的形位參數、施工情況等眾多因素影響，對于此類節點，目前常采用節點連接試驗的方法，通過試驗來確定節點的載荷——變形過程。

圖1所示為節點連接試驗中得到的螺栓連接載荷——變形過程曲線圖，螺栓連接的變形過程大致可以分為四個階段：階段I：節點上作用的軸向載荷小于滑移載荷，這時在摩擦力作用下，連接件與被連接件之間的相對滑移量很小，連接剛度較大；階段Ⅱ：軸向載荷超過滑移載荷，連接件與被連接件之間做消除安裝間隙的相對滑動，連接剛度大幅度降低；對于斜材連接節點，由于螺栓數目通常較少，當載荷達到滑移載荷時，通常會出現連接變形突然增加的現象，而對于主材連接節點，由于螺栓數目通常較多，且螺孔之間存在形位誤差，因此通常不會出現連接變形突然增加的現象，但是在這一階段節點的連接剛度也會明顯降低。階段Ⅲ：螺栓與螺孔之間的間隙消失，螺桿與螺孔壁開始產生擠壓變形，節點的連接剛度較上一階段明顯增大；階段IV：螺栓連接部位開始破壞，并最終失效。

對鋼結構螺栓滑移的研究都集中在螺栓滑移試驗和螺栓預緊摩擦力計算模擬方面，而從整個鋼結構來說，如何在承載計算中模擬螺栓滑移沒有有效的方法。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種螺栓滑移對鋼結構承載影響的測量方法，巧妙地測量螺栓滑移對鋼結構承載的影響。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種螺栓滑移對鋼結構承載影響的測量方法，該方法為：

1）測試鋼結構中螺栓的滑移載荷、間隙滑移量、屈服載荷以及與屈服載荷相對應的變形量；

2）將上述滑移載荷、間隙滑移量、屈服載荷以及與屈服載荷相對應的變形量分別代入變形滑移的載荷變形函數和間隙滑移的載荷變形函數，計算螺栓滑移載荷變形曲線；同時計算鋼結構中與螺栓連接的桿件的極限荷載和截面面積，以所述極限荷載為最大載荷修正螺栓滑移載荷變形曲線；?

3）將修正得到的螺栓滑移載荷變形曲線的載荷項除以與螺栓連接的桿件的截面積得到應力，將螺栓滑移載荷變形曲線的位移項除以與螺栓連接的桿件的長度得到應變，從而得到應力應變曲線，以所述應力應變曲線修正鋼結構材料本構模型，得到修正的鋼結構材料本構模型；?

4）將修正的鋼結構材料本構模型作為有限元計算軟件的輸入，得到螺栓滑移時鋼結構的應力和位移，將螺栓滑移時鋼結構的應力和位移分別與未考慮螺栓滑移時鋼結構的應力和位移進行比較，若（f1-f2）/f2＜5%，而(s1-s2)/s2＞5%，則鋼結構變形為螺栓滑移所致，判斷鋼結構是否存在材質屈服，從而判斷鋼結構變形的發展趨勢。

所述步驟3）中，修正鋼結構材料本構模型的過程為：將不計螺栓滑移時鋼結構材料應力應變曲線的彈性變形階段的定斜率直線記為Y，考慮螺栓滑移的影響后，鋼結構材料應力應變曲線的彈性變形階段出現了一條斜率為K的直線M，將所述直線M連接到定斜率直線Y上，直線M起始點為由定斜率直線Y所計算的軸向載荷等于滑移載荷點，直線M終止點為由定斜率直線Y所計算的位移等于間隙滑移量點，即得修正后的鋼結構材料本構模型；其中K趨近于0。