浅析带孔受拉钢构件的极限承载力计算.doc

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1、浅析带孔受拉钢构件的极限承载力计算受拉构件在钢结构工程中的应用非常广泛，在体育场馆、博物馆、桥梁等地上建筑，船闸，码头等领域，均需要设置受拉钢杆或钢索。因此对钢构件的抗拉承载力计算在钢结构工程中有很重要的意义。但钢结构的受拉在国内的研究却很少，文章介绍了钢结构规范（以下简称'规范）以及国内外文献对受拉钢构件承载力计算的计算方法，并针对实例运用大型有限元软件ANSYS进行计算，对各种方法得出的结果进行列表对比，得出结论，捉出了可行的建议。1计算方法1.1国内一般采用的计算方法文献［1］指岀：有孔钢构件的承载力极限状态从毛截面和净截面两方面來考虑，对毛截面來说，应力

2、达到屈服点是极限状态；而就净截面来讲，则应力达到抗拉强度ou时才是极限状态。需要经过计算比较判断是毛截面屈服还是净截面拉断控制设计，参考公式如下:由毛截面控制时：P

3、由毛截面控制时：P=0.6fyA由净截面控制时：P=0.5fuAn在端部连接发生破坏时：P=AVFV+AtFt其中：FV=0.30fu；Ft=0.5fu；AV：受剪净而积；At：受拉净而积。1.3钢结构设计规范的计算方法规范［3］5.1.1指出：对轴心受拉构件的强度，除高强度螺栓摩擦型连接外，应按下式计算：ou=

4、弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，因此需要连接板尺寸较大。2.1螺栓孔并列此种情况下计算构件的承载力时，如图2(a),首先考虑构件沿毛截面或净截面发生破坏，即沿着直线截而ABCDE发生破坏，其次考虑发生端部发生破坏，这时候需要计算构件沿着ABCDF和GBCDF两条线破坏时的极限承载力，三者相比最小值即为所求值。2.2螺栓孔错列螺栓错列时，如图2(b),构件既有可能沿直线截面破坏，还有可能沿折线截面破坏,因此不能直接判断最不利截而，而需要经过计算比较各种可能的情况，文［1］给出了螺栓错列时的净截面公式：An=Ag-Zdht+Es2t/4g式中：s—平行于拉力的孔距；g

5、—垂直于拉力的孔距；t—板厚。因此，若螺栓如图2(b)错列排列时，有以下儿种情况：(1)构件在毛截面发生破坏。(2)构件在净截而发生破坏，需要计算ABC和DEBC两个截而进行比较。(3)构件发生blockshear破坏，分别需要计算FEBG和FEBC两种情况。若错列情况更复杂，将会有更多的情况出现，会导致计算很繁琐。3不同方法的对比由上文计算公式可知，按规范计算得到的结果比按文献［1］计算的结果要小的多，对文献［1］与文献［2］给出的公式计算比较见表1及表20由表1可以看出：同样情况下，不考虑构件发生端部破坏时，采用国内计算方法计算的承载力是国外计算方法的1・4

6、〜1.5倍。4ANSYS实例分析选用平面板单元plane42,板厚在设定其keypoint(3)=3时，由于孔洞会引起应力集中，孔洞附近网格需要细划，假定不考虑螺栓控制整个构件的承载力，对螺栓就简化为在钢板上挖孔模拟代替，并施加位移约束，孔洞直径取20mm。4.1实例4.1.1螺栓并列钢板采用Q235钢，具体尺寸见图3左(单位为mm),其中板厚t=16mm,在板的长边方向，考虑螺栓孔只对附近区域应力有很大的影响，在计算端部发生破坏时，取边螺栓孔影响的尺寸应为临近螺栓栓距的一半，如图虚线所示。4.1.2实例2一一螺栓错列与实例1相同，采用Q235钢，板厚t=16m

7、m,具体尺寸见图3右；4.1.3计算结果分析实例1计算结果如表3：实例2计算结果如表4：5结语通过对两个简单实例并分别用不同方法分析所得结果进行比较，可以得到如下结论:(1)当螺栓分布较密时，螺栓孔周闱应力集中相互影响较大，并对构件承载力影响较大。(2)采用国内计算方法(文献［1］)计算所得的结果在几种方法里是最大的，如果采用此方法计算很有可能造成构件的强度破坏，文章不建议使用。(3)ANSYS软件、文献［2］、规范、所得结果相差不大，但文献［2］给岀的公式较多并繁琐，建议计算时可按规范公式直接计算。(4)沿毛截面或净截面发生破坏一般要早于端部破坏，因此，可以直

8、接套用毛截面或净截面控制