螺栓连接角钢受拉撕裂破坏模式及承载力分析

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1、设*A#计算*螺栓连接角钢受拉撕裂破坏模式及承载力分析李从春程睿崔佳(藿庆人学土木工程学院重庆400045)摘要采月有限i》折验证T埽*《挂自钢受扛&坏模式，并帝析T螺柱辑敷，螺杜问距螺桂边距￡化对自钢璺扛性能∞影自将m有模■有mi》折植№女瘕^与辐R}载女建议舟式计算值进行时＆，目目将是日自#椅谩计规≈(AISC一2005)十十目∞镕构设计规范(GBS0017—2003)提女∞设计承栽力计算套式进}”寸m．镕果表％十日*#*设计规范计算值#姜目规￡％安生关键自z％＆连接自铜受扭*裂##有限i#折1研究现状及问题提出螺栓连接是钢结构

2、中常用的一种连接形式，近年来由于螺栓强度的不断提高，尤其是高强度螺栓的采用，使得连接处板件的强度可能比螺桂的连接强度低．因此有必要对于螺栓连接角钢的受拉破坏模式及承载力进行研究。国外许多研究者已先后对螵栓连接角锕进行了研究，但是对于螵栓排列，螺栓间距和边距对受拉破坏模式和承载力的影响报少有人进行研究。此外．我国现行钢结构设计规范(GBS0017—2003)对角铜螵栓连接区受拉承载力的撕裂面计算方法与美国钢结构设计规范(AISC一2005)提出的极限状态计算方法有所区别。因此本文将通过有限元模拟确立角钢螺栓连接区受拉撕裂破坏模式，分析

3、螺栓排列、螺栓间距和边距对角钢破坏模式和承载力的影响，井对现行钢结构设计规范的计算方法进行评估。2有限元模拟为了对节点板进行准确的数值分析，本文将采用ANSYSl001t行有限元分析。21有限无验汪211模型确立为了验证有限元分析的有效性，本文将对Orbison的试验模型进行有限元对比分析。试验模型如图l所示，尺寸厦所用钢材强度见表一④一_i—o⋯一围10r}ison试验角铜试件围2角钢有mi横型；；!者：李“。’男’”靴年3月出生’碰+2008±国钢结构学术年会论文集[2008·10萝圭兰查，!-塑堡堡堡!塑垦垫塑型堕壁苎垦墨壅!

4、坌堑表1Orblson日验试件R寸＆镕材强度对所有角钢模型均采用SHELLl8l阴节点弹塑性壳单元，有限元模型如图2所示，对角钢孔壁史际受压节点进行约束，见图3所示。此外由于受拉撕裂破坏桴于大应变分析．进行大应变分析时需采用真实应力(or。)应变(En)材料模型，真实应力应变与工程应力(d唧)应变(s唧)换算关系见下式所示。o，庐o，。t1十￡，。Em=tn(1+s。。1212有限兀丹析结果验证(1)强限状态与破坏模式三个试件的极限状态和破坏模式基本相同，以^一1为例图4、图5分别为极限状态A一1等教应力和塑性应变孟图，从图中可以看

5、出沿净受拉面等效应力和塑性应变均最大，且全截面达到极限强度。这和图6中沿净受拉面撕裂的试验破坏模式吻合，(2)极限承载力对比将有限元分析极限荷载与Orbis。n试验破坏荷载进行对比，见表42所示。ANSYS破坏荷载与试验破坏荷载比值均在10左右，平均值为0974。可见ANSYS分析极限承载力与试验结果吻合。E!=!鼍曩墨!主!翌图4极m#恋^f等效＆女i图目5#m#≈^1塑性＆变i目目6^1《驻破#槿E200B全国自结构学术年会论女集【2008·10一—-_设计分析计算篇表2Orbison试验试件有限元与试验极限荷载对比试件名称试验

6、破坏荷载P1(kN)ANSYS㈣P2(kN)P：

7、P。A．1362．1382．11．055A．2444．8410．70．923A．3500．04720．944表3变参数分析模型列表模型名称螺栓排数螺栓颗数间距b间距c边距／mmA1佾LBl单排／双排3／660ram——／60mm60／40A2／AB2单排／双排3／680ram——／60ram60／40A3／AB3单排／双排3，6100mm——／60ram60／40A4

8、氛B4单排／双排2／660mm—-／80ram60／40A5／AB5单排／双排4／660mm-／100mm60／40

9、A6，^国6单排／双排3／660rain——／60mm30A7／AB7单排／双排3／660ram——／60mm40／60A8／AB8单打}／双扫}3／660mm—-／60mm80(a)单排螺栓(b)双排螺栓图7分析试件螺栓排列图通过对0rbison试验试件的有限元和试验对比分析，可以看出采用上述方法对角钢构件进行受拉撕裂有限元分析具有足够的可靠性和准确性2．2变参数模拟为了方便变参数分析，对所有试件均采用Q235碳素结构钢。钢板的屈服强度为235MPa，极限抗拉强度370MPa。有限元分析中取f，--z35MPa、f。=370MPa

10、。所有单排螺栓连接角钢构件采用L160X100X10，双排螺栓连接角钢构件采用L180×110X10。分析模型见图7所示，所有螺栓端距a取40mm，所有螺栓(a)单排螺栓(b)双排螺栓图8极限状态破坏面示意图孔洞直径取19．5mm，其