承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点及方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点及方法及系统，包括以下步骤：建立连接节点所包含的连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型；定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，得出连接节点的初始滑移荷载；回归分析出连接节点的初始滑移荷载与连接节点参数的关系公式；通过回归的关系公式，设计压剪组合作用下摩擦型螺栓连接节点的抗滑移承载力。

The method and system of friction type bolt joint under the combined action of compression and shear

【技术实现步骤摘要】
承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点及方法及系统
本公开属于钢结构
，具体涉及一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点及方法及系统。
技术介绍
高强螺栓连接的钢构件节点分为摩擦型栓接节点和承压型栓接节点。前者适合动荷载和疲劳荷载结构工程连接，因此被广泛应用于建筑和桥梁工程。结构工程连接节点同时承受压力和剪力越来越常见，例如钢斜撑和斜拉改造变截面混凝土箱梁桥加固体系中连接T形节点。目前，拉剪组合作用下摩擦型高强螺栓连接T形节点的抗滑移承载力设计已写入规范，然而压剪组合作用下节点的抗滑移承载力存在明显的研究不足，既缺少必要的设计规范，又缺少有力的研究成果。设计人员仅依据钢结构规范中抗剪连接节点每个高强度螺栓摩擦型连接承载力设计值确定螺栓数量，未考虑荷载在连接板接触面法向方向上产生的摩擦力，从而大量增加了高强螺栓的使用量。据此设计，不仅增加工程材料的成本，造成不必要的资源浪费，同时也增加了高昂的施工成本。
技术实现思路
本公开目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点及方法及系统；该设计方法采用有限单元法模拟不同影响参数下连接节点的抗滑移承载力，最后回归分析不同参数与抗滑移承载力关系表达式。本公开的第一专利技术目的是提出一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，包括以下步骤：建立连接节点所包含的连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型；>定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，得出连接节点的初始滑移荷载；回归分析出连接节点的初始滑移荷载与连接节点参数的关系公式；通过回归的关系公式，设计压剪组合作用下摩擦型螺栓连接节点的抗滑移承载力。作为进一步的技术方案，连接节点的连接板和承压板均为两个，两个连接板相对接触设置，每一连接板和一承压板连接，两连接板之间通过连接螺栓连接，建立连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型后，在连接板的螺栓孔和连接螺栓之间建立等轴约束，并对连接螺栓施加预紧力。作为进一步的技术方案，连接节点的初始滑移荷载的得出过程为：由连接节点的有限元模型，定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，在位于下部的承压板下表面建立自由度全约束，在位于上部的承压板上表面施加竖直向下的位移约束，进行分析，得到应力云图，进而得出两连接板之间的相对滑移量与位于上部的承压板所受压力，所受压力即为连接节点的初始滑移荷载。作为进一步的技术方案，所述连接节点参数包括压剪比、摩擦系数、螺栓预紧力、连接螺栓直径、连接板厚度。作为进一步的技术方案，连接节点的初始滑移荷载和压剪比、摩擦系数均呈非线性关系，采用二次曲线a+bx+cx2拟合；连接节点的初始滑移荷载和螺栓预紧力、螺栓直径均呈线性关系，采用线性方程a+bx拟合；连接板厚度对初始滑移荷载无影响。作为进一步的技术方案，将连接节点参数的数值代入初始滑移荷载和连接节点参数的关系公式，得到连接节点的初始滑移荷载，即为连接节点的抗滑移承载力。作为进一步的技术方案，判断连接节点的抗滑移承载力是否符合承载要求，若不符合，则修改连接节点参数，直至符合承载要求。本公开的第二专利技术目的提供一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计系统，包括：模型建立模块，用于建立连接节点所包含的连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型；定义模块，用于定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，得出连接节点的初始滑移荷载；分析模块，用于回归分析出连接节点的初始滑移荷载与连接节点参数的关系公式；设计模块，用于通过回归的关系公式，设计压剪组合作用下摩擦型螺栓连接节点的抗滑移承载力。本公开的第三目的提供根据如上所述的承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法所设计的连接节点，包括上部承压板、下部承压板、上部连接板、下部连接板、连接螺栓，上部承压板底部固定连接上部连接板，上部连接板倾斜设置，下部承压板顶部固定连接下部连接板，下部连接板与上部连接板相互平行，且上部连接板、下部连接板紧贴设置，上部承压板和下部承压板均竖向设置，上部连接板、下部连接板上均开设多个螺栓孔，螺栓孔内穿设连接螺栓，连接螺栓将上部连接板和下部连接板紧固连接起来。作为进一步的技术方案，所述上部承压板顶部为与水平平行的平面，下部承压板底部为与水平平行的平面，连接螺栓轴线与竖向面之间具有夹角，两连接板板面分别和两承压板板面垂直设置。本公开的有益效果为：本公开的设计方法，通过改变承压板的尺寸能够模拟出摩擦型高强度螺栓T形连接节点的不同压剪比，同时便于工厂加工，安装和拆卸简便，受力性能明确。另外，采用回归分析法拟合出了摩擦型高强度螺栓T形连接节点与不同参数的设计计算公式，为钢结构工程设计提供了参考。本公开的设计方法，相对于已有的连接节点设计方法可大量减少螺栓数量。国内外设计规范均无针对压剪组合作用下连接接头的设计方法，目前仅采用摩擦型高强度螺栓连接节点抗剪承载力计算方法确定螺栓数量。因此，未考虑压力作用提供给连接节点的抗剪承载力，从而增加了螺栓的实际使用量。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本公开实施例1中摩擦型高强度螺栓T形连接节点正面尺寸示意图；图2本公开实施例1中摩擦型高强度螺栓T形连接节点侧面尺寸示意图；图3本公开实施例1中摩擦型高强度螺栓T形连接节点连接板尺寸示意图图4本公开实施例2中模型定义的摩擦型高强度螺栓T形连接节点接触、施加荷载及边界条件示意图；图5(a)为本公开实施例2中建立的直径为20mm，压剪比λ＝0.7002(θ＝35°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型图；图5(b)为本公开实施例2中建立的直径为20mm，压剪比λ＝0.7002(θ＝35°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型滑移图；图6(a)为本公开实施例2中模拟的直径为20mm，压剪比λ＝1.0000(θ＝45°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型图；图6(b)为本公开实施例2中模拟的直径为20mm，压剪比λ＝1.0000(θ＝45°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型滑移图；图7(a)为本公开实施例2中模拟的直径为20mm，压剪比λ＝1.4281(θ＝55°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型图；图7(b)为本公开实施例2中模拟的直径为20mm，压剪比λ＝1.4281(θ＝55°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型滑移图；图8(a)为本公开实施例2中模拟的直径为20mm，压剪比λ＝1.7321(θ＝60°)的摩擦型高强度螺栓T形连接节点有限元分析模型图；图8(b)为本公开实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，其特征是，包括以下步骤：/n建立连接节点所包含的连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型；/n定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，得出连接节点的初始滑移荷载；/n回归分析出连接节点的初始滑移荷载与连接节点参数的关系公式；/n通过回归的关系公式，设计压剪组合作用下摩擦型螺栓连接节点的抗滑移承载力。/n

【技术特征摘要】
1.一种承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，其特征是，包括以下步骤：
建立连接节点所包含的连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型；
定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，得出连接节点的初始滑移荷载；
回归分析出连接节点的初始滑移荷载与连接节点参数的关系公式；
通过回归的关系公式，设计压剪组合作用下摩擦型螺栓连接节点的抗滑移承载力。


2.如权利要求1所述的承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，其特征是，连接节点的连接板和承压板均为两个，两个连接板相对接触设置，每一连接板和一承压板连接，两连接板之间通过连接螺栓连接，建立连接板、承压板以及连接螺栓的有限元模型后，在连接板的螺栓孔和连接螺栓之间建立等轴约束，并对连接螺栓施加预紧力。


3.如权利要求2所述的承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，其特征是，连接节点的初始滑移荷载的得出过程为：
由连接节点的有限元模型，定义有限元模型的接触、荷载、摩擦系数及边界条件参数，在位于下部的承压板下表面建立自由度全约束，在位于上部的承压板上表面施加竖直向下的位移约束，进行分析，得到应力云图，进而得出两连接板之间的相对滑移量与位于上部的承压板所受压力，所受压力即为连接节点的初始滑移荷载。


4.如权利要求1所述的承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，其特征是，所述连接节点参数包括压剪比、摩擦系数、螺栓预紧力、连接螺栓直径、连接板厚度。


5.如权利要求4所述的承受压剪组合作用的摩擦型螺栓连接节点的设计方法，其特征是，连接节点的初始滑移荷载和压剪比、摩擦系数均呈非线性关系，采用二次曲线a+bx+cx2拟合；连接节点的初始滑移荷载和螺栓预紧力、螺栓直径均呈线性关系，采用线性方程a+bx拟合；连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保群，张利东，徐刚年，邢德进，刘金樟，杜业峰，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东;37