销轴在竖向荷载作用下的受力与变形分析

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1、销轴在竖向荷载作用下的受力与变形分析张瑶史新立唐山学院土木工程学院销轴连接在建筑屮的应用口益増多，可靠合理的设计为其安全使用提供依据和保障。考虑到销轴在整个传力过程中的过渡作用至关重要，文章重点分析了承受竖向荷载的销轴在弹性、弹塑性阶段的受力与变形。结果表明，按文章中的分析方法计算得到的销轴在弹性与弹塑性段的受力与变形，与其他文献中的试验实测值和有限元模拟值具有一致性。关键词：销轴;弹性阶段;弹塑性阶段;受力勾变形;张瑶（1989-）,女，河北保定人，，主耍从事结构分析与断裂特性研究。AnAnalysisofStressandDeformationo

2、fthePinunderVerticalLoadsZHANGYaoSHIXin—liCollegeofCivilEngineering，TangshanUniversity;Abstract：Withthepinconnectionbeingwidelyusedinconstructionindustry,reliableandreasonabledesignwillensurethesafetyofpinapplication.Basedonthesignificantrolethepinplayintheprocessofforcetransmi

3、ssion,theauthorsofthispaperhavemadeastudyofthestressanddeformationofthepinwhichbearstheverticalloadsintheelasticandclasticplasticstages.Theresultsshowthatthestressanddeformationofthepinintheelasticandelastic-plasticstages,obtainedwiththeanalysismethoddescribedinthispaper，arecon

4、sistentwiththemeasuredvaluesintheotherliteratureandthoseobtainedbythefiniteelementsimulation.Keyword：pin;elasticstage;elastic-plasticstage;stressanddeformation;销轴连接是工程中常见的铰接连接形式之一，广泛应用于机械结构。随着建筑结构的发展，对销轴连接的应用也日渐增多UL传统销轴支座大都由销轴及上、下耳板组成，通过销轴与耳•板间接触产生的压紧作用实现连接后的正常工作，上（下）耳板通过与销轴的连接

5、以接触力的形式将荷载传递至下（上）耳板，进而将荷载传递至其他受力构件。销轴在整个传力过程屮的过渡作用至关重要，因此，销轴的可靠设计为销轴连接的安全使用提供保障。本文重点讨论承受竖向荷载的销轴在弹性与弹塑性阶段的受力与变形。1销轴弹性阶段的分析l.i受力分析依据文献［2］中第1.2.23条：“当销的计算跨径大于直径的两倍时，承受弯曲的销子可按简支梁近似计算，并假定各集中力作用于与销轴和接触的各板条的轴线上。”下面以文献［3］中的销轴为例，计算其竖向弹性极限承载力。销轴的受力情况如图1所示，图中P为集中荷载，L为支座到集中荷载作用点的距离，D为销轴直径。

6、图1销轴受力简图参考《材料力学》U1中有关的强度计算理论，在对其进行强度设计时不仅考虑丫正应力的控制作用，同时验算丫剪应力是否满足强度条件。集屮力所在截面是整个销轴弯矩最大的截面，即而弯曲正应力的强度对于圆形截面需满足的条件为:式中，［0］为钢材强度。联立上述4式，得由文献［3］可知，制作该销轴用调质处理40Cr的屈服强度为700MPa,由此得到P近似为275kN。对销轴进行剪应力强度验算，由《材料力学》Ill可知，对于圆形截而剪应力为：将P=275kN代入式（6）,得到最大剪应力T_A87MPa,满足K［t］,式中［t］为抗剪强度，近似取为屈服强度

7、的0.55倍，其中P为该销轴连接所受竖向荷载的1/2。综上所述，当仅考虑销轴的强度条件时，连接的竖向承载力约为550k,即当荷载小于550kX时销轴处于弹性阶段，而由文献［3］的试验结果得到该弹性阶段的终点为400kN，考虑到试验结果反映的是支座的整体受力，进入弹塑性阶段的主要原因是耳板与销轴接触部位的局部屈服M，所以该计算方法与试验结果具有一致性。1.2变形分析接下来以试验结果400RN为弹性阶段的终点，分析文献［3］中销轴在弹性阶段的竖向变形。销轴的内力如图2所示，利用对称性取销轴的对称半结构如图2（a）所示，并作出该对称半结构的荷载弯矩图（M

8、P图）、单位弯矩图（琀M图）、荷载剪力图（QP图）与单位剪力图（洇Q图），如图2（b）、2（c）所示。图2销