科学技术与工程卷强螺栓试件进行加载加载装置每次可实现对多个 ) 和 ) 高强螺栓进行加载 ) 高强螺栓作为加荷传力试件疲劳破坏的次序依次为 ) 高强螺栓 ) 高强螺栓 ) 高强螺栓且规律性较强 ( 试验结果图双边加载装置 7$ #$;.4 ( 静载试验结果高强螺栓的静力性能

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7 years ago
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1 第卷第期年月科学技术与工程 "#$ %& %& 建筑技术高强螺栓球节点常幅疲劳性能试验研究及计算杨旭雷宏刚太原理工大学建筑与土木工程学院太原摘要对螺栓球节点网架中高强螺栓的常幅疲劳性能展开了相关的理论与试验研究利用稳定可靠的疲劳试验加载装置和 *.& 疲劳试验机对高强螺栓的疲劳性能进行试验并将试验结果与国内相似研究成果进行对比分析得出了合理的高强螺栓球节点常幅疲劳设计方法研究结果可为高强螺栓球网架的设计及疲劳验算提供参考关键词高强螺栓球疲劳试验双边加载 #( 文献标志码 * 整个螺栓球节点网架结构在工程应用过程其薄弱点往往位于高强螺栓连接处高强螺栓连接的疲劳破坏直接影响整个螺栓球节点网架的安全性能对于高强螺栓连接疲劳性能的研究对节点网架结构的工程应用十分关键本文对高强螺栓连接的常幅疲劳性能进行试验目的是获得高强螺栓的 # ( 曲线从而找出基于高强螺栓常幅疲劳的合理设计方法相关规范规定需组以上试验数据才能合理构造高强螺栓连接的 #( 曲线其中组用于倾斜段组用于水平段因此本研究选取了螺栓球节点网架中高强螺栓连接常用的 ) 和 ) 高强螺栓总计个样本进行常幅疲劳试验并以 ) 高强螺栓作为加荷传力试件试验设计疲劳试件的设计高强螺栓连接的疲劳试验中所用螺栓球 ( ( 的规格如图所示由于试验过程易造成螺栓球的丝扣损伤问题每组螺栓球上均设置有三对螺栓丝扣以提高试件的利用率规 ) 和 ) 高强螺栓试件的材质均为性能等级为试验加载装置疲劳试验的疲劳加载装置的合理性十分关键由于网架中所有杆件均采用轴力构件的设计本研究拟年月日收到国家自然科学基金项目资助第一作者简介杨旭男博士研究生研究方向钢结构疲劳 %.## #0. 通信作者简介雷宏刚男教授博士生导师研究方向钢结构疲劳 %.# #0. 图螺栓球试件 (4&. 采用瑞士 *.& 轴向疲劳机进行试验采用圆频率 &. 具体的加载装置示意图如图所示试验采用双边加载在横梁的两端固定有 ) 高强度螺栓支座并利用螺栓球将螺栓进行连接本装置实现了不同规格的多个螺栓同时进行疲劳循环试验试验内容静载破坏试验本研究对个 ) 高强螺栓进行了静载拉伸以确定疲劳试验的加载等级常幅疲劳试验本研究采用常幅疲劳试验装置分别对个高

2 科学技术与工程卷强螺栓试件进行加载加载装置每次可实现对多个 ) 和 ) 高强螺栓进行加载 ) 高强螺栓作为加荷传力试件疲劳破坏的次序依次为 ) 高强螺栓 ) 高强螺栓 ) 高强螺栓且规律性较强 ( 试验结果图双边加载装置 7$ #$;.4 ( 静载试验结果高强螺栓的静力性能试验结果见表其各项力学性能指标均满足标准要求 ( 常幅疲劳试验结果 ) 与 ) 高强螺栓的疲劳试验数据见表表高强螺栓静力试验结果 $$$$#$"#$#$$ 试样强度 )# 伸长率收缩率编号名称 E E 高强螺栓 ) 高强螺栓 ) 高强螺栓 ) 序号表本文试验所得高强螺栓连接常幅疲劳试验数据 $$$"$$$#$"#$#$$$$# 高强螺栓的规格 ) ) 应力 )# 应力幅 )# 循环次数.#. ( ( 应力比

3 "期杨#旭$等&高强螺栓球节点常幅疲劳性能试验研究及计算 C& ##在发生疲劳破坏前$ 有部分高强螺栓的应力循环数已超过 $ m% " 次$ 由试可用于确定高强螺栓? 验结果可以看出$ 发现部分数据有本文在确定? 异常$并剔除号( 号($ 号和 $( 号四个存在异常的数据 A"结果分析 A;"常幅疲劳试验数据的回归分析通过对表 $ 所示的试验数据进行回归分析得出 > J图 " 示其中$图 ((图 " 所对应的? 程如式"# (式"$# 所示图 (#本文试验数据的双对数回归曲线 < (#W 0F S 6. 0 X X 图 "#本文试验数据的双对数回归曲线图 >#本文试验数据的乘幂回归曲线 < "#W 0F S < >#7Z X... S 6. 0 X X 6. 0 X X ) )FZ* $ &%" "" ( " G%% ( $"%C $ " %)# B%G "$# A"% ( % ) %)* $ &%" "(C A] A;#"国内主要常幅疲劳试验数据的回归比较分析通过对国内相关论文中共 ($ 个有效的疲劳试验数据分别进行乘幂和双对数回归分析$ & J图 % 所示图 C(图 % 对应的 (式"G# 所示 " C" > $& ( )FZ B%C&> & 图 G#本文试验数据的乘幂回归曲线 < G#7Z X... S 6. 0 X X "G( C $ "& C )FZ q%g&c " "# A"% "% $ "># A"% "CC >% ) )FZ* $ &%" "(% & A] 高强螺栓连接?

4 C 科#学#技#术#与#工#程 " 卷图 &#国内主要常幅疲劳试验数据的乘幂回归曲线图 %#国内主要常幅疲劳试验数据的双对数回归曲线 < &#7Z X... S 6 F < %#W 0F S 6 F F.. FX S6 S- 6 F.. FX S6 S- 6 法$用于工程设计中对螺栓球节点网架进行疲劳性能的分析和验算 G > #允许应力法允许应力法包括允许名义应力法和允许热点应力法允许名义应力法以 )FZ 为设计参量$ 验算公式为 C "(# )FZ ) ) * 图 #国内主要常幅疲劳试验数据的乘幂回归曲线 < #7Z X... S 6 F F.. FX S6 S- 6 图 C#国内主要常幅疲劳试验数据的双对数回归曲线 < C#W 0F S 6 F F.. FX S6 S- "% G>( $ G&" " %)# B% & "G# A"% GC G% ) %)* $ &%" ">GGG A] A;@"高强螺栓球节点常幅疲劳的设计方法本文建立了合理的高强螺栓常幅疲劳计算方 ) )%C* ""# ) )C* " D 式中& )FZ为高强度螺栓连接每次应力循环中的最大拉应力$A] % ) )C* 为允许疲劳强度$A] %) )%C* % 为应力比为 [% 时对应的允许疲劳强度$A] 影响系数通过分析应力比对疲劳强度的影响 )C* $ 得出 [ %>$ 本研究近似取为 %$ 说明高强螺栓螺纹根部的几何应力集中严重$ 的影响作用有限$可以忽略不计公式"(# (式""# 可简化为式"&# G" "&# )FZ 允许热点应力法以热点应力 )0 作为设计参量$ 将公式"&# 两边各乘以疲劳缺口系数 T$ 高强螺栓 T的数值区间为 G>( JGC 之间$ 从结构安全角度$ T取最小值 G >( $%% "# )0 "T)FZ G > $#允许应力幅法允许应力幅法包括允许名义应力幅法和允许热点应力幅法允许名义应力幅法以 %)作为设计参量$ 验算公式& "C# %) ) %)* ) %)* " 6 ( )

5 期杨旭等高强螺栓球节点常幅疲劳性能试验研究及计算高强螺栓连接计算处的名义应力幅的选取依据规范第条规定对非焊接部位为折算应力幅.#. 而本文依据试验结果认为将更改为更为准确合理即改为.#. 为高强螺栓连接的允许应力幅 )# 若以 ( 为基准期则由公式得知 )# ( 为循环次数 $ 为 $ 由公式分别取和允许热点应力幅法以作为设计参量本文取 6 最小值若以 ( 为基准期则 )# 6 结论通过试验结果可知高强螺栓球节点以应力幅作为设计参量所建立的允许应力幅法更加合理可靠其中以热点应力幅作为设计参量的允许应力幅法更能够准确反映出疲劳源区的应力状态试验中高强螺栓的疲劳强度分别为其屈服强度极限强度抗拉设计强度的 EE 和 E 本文认为螺栓球节点网架在悬挂吊车荷载作用下的疲劳性能必须进行相应的计算以验证钢结构设计规范 ( 表第八类构件和连接类别的 )# 本文由试验得出 )# 通过研究笔者建议有必要将高强螺栓连接增补为钢结构设计规范 ( 表中的第九类参考文献试验方法 # *#$." 6)#&" #$ " ( *# #$ 6#4446&4&#$$ 64& 雷宏刚闫亚杰刘丽君等螺栓球节点网架疲劳实验装置的优化设计钢结构增刊 # # #?? %&C4.#4 $ 6 46#444$644&?44 4&4 #4.** &.4#4#4 6$6&.#4 #$ 6#4 #&6# &4$?44&#4#<&#6#4 )#? #&# #%&.4# ## &#$ 4 6#4 6644&#4#<&# 6#4 944&#& ;##. 4$6# 4#&6#&# &$ 4&4&&$64 # 6 4&4&# 4 6&.# & 9 &44&#4.4"4.66#4 #$ 4&.6&#&# &$ 4&4&&$64 #6 4&4&#46&.#& 徐国彬崔杰网架结构疲劳及其疲劳寿命计算建筑结构学报 A <#46#4& #$ 46#4 6# #4<&#6($4&4& 冯秀娟林醒山潘文等在悬挂吊车作用下螺栓球节点网架的疲劳性能建筑结构学报 A?# A# # - %&#4#&6 #&$ 74 4&?4$&$$ &# #$ <&#6($4&4& 雷宏刚螺栓球节点网架常幅疲劳试验数据再分析钢结构增刊 #*#"6&.##. 4$6#444$#4#64 &?444&4 中华人民共和国建设部 ( 钢结构设计规范 )4&"64&4 64 6#( $6&$ 644&4& 机械科学研究总院 ( 螺纹紧固件轴向载荷疲劳 6#$$$$0$$" $#$$#7$ *A %# 6*&44&#$ # $#$&#& 6#4&&4"6) 4&4 4 &$ 4&4&74 4&?47# #&$ 4*.&6#444$74 4# #$ &# &6&.#7#$ 6&4446#4 &&4"64&4 4("$4.#&#4##"47 44& 4#$.$.4&#4 $ & 4 4&## 4#46#4$.4$ 64&4 4# &#$&#& & 4# &$64&6&6&4$ #$ 6#4# #4 64&4 4 #4&4 46#444#4&# #$#(&

中国公路学报年

中国公路学报年第卷第期年月中国公路学报孟瑾朱平胡志刚根据耐久性试验中常用的整车台架试验方法通过多体动力学模型仿真模拟整车在四轮路面激励下的运动状态提取车身与底盘连接位置的载荷历程采用有限元法分析动载荷作用下的车身结构响应基于传统的应力寿命方法方法寻找车身薄弱环节辨识危险零件应力双轴性并选择多轴疲劳损伤参量预测车身疲劳寿命分析结果表明结合多体动力学与多轴疲劳的寿命