抗滑移的混合型高强螺栓连接节点及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202410088162.9 | 申请日 | 2024-01-22 | 公开(公告)号 | CN117867960A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 南京航空航天大学; | 发明人 | 陈娟; 李通; 韩太轩; 李懿峰; 赵剑飞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种抗滑移的混合型高强 螺栓 连接 节点 及其施工方法，该节点包括开有若干螺栓孔的 钢 节点板，螺栓孔中插入有高强螺栓，其特征在于：所述高强螺栓包括承压型螺栓和摩擦型螺栓，在螺栓群外侧布置承压型螺栓，内部布置摩擦型螺栓，其中，承压型螺栓直径与螺栓孔孔径接近，实现承压型受 力 ；摩擦型螺栓直径小于螺栓孔孔径，实现摩擦型受力。根据使用需求选择高强螺栓的分布方式后，先对承压型螺栓施加一定预紧力，再对摩擦型螺栓施加更高的预紧力。本发明通过在传统摩擦型螺栓连接节点中设置部分承压型螺栓，同时兼顾施工可行性和便捷性，从而获得理想的抗滑移性能、疲劳性能和综合经济指标，具有抗滑移性能好、受力合理、施工方便、经济效益高的优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种抗滑移的混合型高强螺栓连接节点，包括开有若干螺栓孔的钢节点板，螺栓孔中插入有高强螺栓，其特征在于：所述高强螺栓包括承压型螺栓和摩擦型螺栓，在螺栓群外侧布置承压型螺栓，内部布置摩擦型螺栓，其中，承压型螺栓直径与螺栓孔孔径接近，实现承压型受力；摩擦型螺栓直径小于螺栓孔孔径，实现摩擦型受力。 |
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| 说明书全文 | 抗滑移的混合型高强螺栓连接节点及其施工方法技术领域背景技术[0002] 高强螺栓分为摩擦型和承压型两类，摩擦型螺栓连接不允许螺栓和节点板之间产生相对滑移，并以产生滑移为极限状态，而承压型螺栓连接则允许在螺栓和节点板之间产生滑移，并以螺栓达到剪切强度或螺栓及节点板达到承压强度为极限状态。 [0003] 钢桁架桥多采用摩擦型螺栓连接节点，对于此类节点，所承受的荷载未超过其设计承载力时，螺栓的滑移并不显著。但是大量工程事故表明，螺栓的滑移变形现象在钢结构的破坏中是非常普遍的，需要予以重视。研究表明，钢桁架桥节点的疲劳失效往往始于高强螺栓的滑移，滑移会降低节点的疲劳寿命。 [0004] 为了提高钢桁架桥传统摩擦型螺栓连接节点的抗滑移承载力，工程中常采用增加螺栓个数、提高螺栓预紧力等方式。增加螺栓个数会增加钢结构安装工作量，装配工时也会大大增加；工程实践和研究表明，过高的螺栓预紧力反而会降低节点的疲劳寿命。因此，需要寻求一种更为方便、快捷、经济的提高节点抗滑移能力的方法。 发明内容[0005] 本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种抗滑移的混合型高强螺栓连接节点及其施工方法，通过在传统摩擦型螺栓连接节点中设置部分承压型螺栓，同时兼顾施工可行性和便捷性，从而获得理想的抗滑移性能、疲劳性能和综合经济指标，具有抗滑移性能好、受力合理、施工方便、经济效益高的优点。 [0006] 本发明提供了一种抗滑移的混合型高强螺栓连接节点，包括开有若干螺栓孔的钢节点板，螺栓孔中插入有高强螺栓，所述高强螺栓包括承压型螺栓和摩擦型螺栓，在螺栓群外侧布置承压型螺栓，内部布置摩擦型螺栓，其中，承压型螺栓直径与螺栓孔孔径接近，实现承压型受力；摩擦型螺栓直径小于螺栓孔孔径，实现摩擦型受力。 [0007] 所述高强螺栓的分布方式包括b型、c型、d型，其中，b型为受力方向端部两侧布置承压型螺栓，其余螺栓孔中布置摩擦型螺栓；c型为受力方向端部一侧布置承压型螺栓，其余螺栓孔中布置摩擦型螺栓；d型为四周布置承压型螺栓，其余螺栓孔中布置摩擦型螺栓。 [0008] 本发明还提供了一种抗滑移的混合型高强螺栓连接节点的施工方法，包括以下步骤：1）工厂预制钢节点板并开同样大小的螺栓孔，在钢节点板板面通过喷砂等方式提高摩擦系数； 2）根据使用需求选择高强螺栓的分布方式； 混合型螺栓节点按照承压型螺栓布置方式，分为b型、c型、d型，其中b型为受力方向端部两侧布置承压型螺栓，c型为受力方向端部一侧布置承压型螺栓，d型为四周布置承压型螺栓。对于中等数量高强螺栓节点，为了得到更好的抗滑移效果，可采用b型、c型或d型节点。对于大数量高强螺栓节点，为了得到更好的抗滑移效果，采用b型或d型节点。 [0009] 3）对布置承压型螺栓的螺栓孔，安装精加工大直径高强螺栓，实现承压型受力。具体做法为，选取接近螺栓孔大小的螺栓，如22mm螺栓孔配套21mm直径的螺栓，采用精加工高强螺栓，实现承压型受力。 [0010] 4）对布置摩擦型螺栓的螺栓孔，安装直径比螺栓孔小的高强螺栓。具体做法为，选取小于螺栓孔大小的螺栓，如22mm孔径配套20mm直径的螺栓，对螺栓施加预紧力，实现摩擦型受力。 [0011] 5）先对承压型螺栓施加一定预紧力，再对摩擦型螺栓施加更高的预紧力，通过施拧顺序和预紧力的不同，保证承压型螺栓为承压型受力，保证摩擦型螺栓承担更大预紧力，为摩擦型受力。 [0012] 本发明有益效果在于：（1）当保持摩擦系数和螺栓预紧力不变时，采用两侧布置承压型螺栓或四周布置承压型螺栓方法，相较于只布置摩擦型螺栓而言，可以有效降低螺母的滑动距离。 [0014] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0015] 图1为混合型高强螺栓连接节点的示意图。 [0016] 图2为钢节点板上所开螺栓孔的示意图。 [0017] 图3为b型混合节点平面图。 [0018] 图4为c型混合节点平面图。 [0019] 图5为d型混合节点平面图。 [0020] 图6为a型传统摩擦型节点4×8节点最大滑移量。 [0021] 图7为b型混合节点4×8节点最大滑移量。 [0022] 图8为c型混合节点4×8节点最大滑移量。 [0023] 图9为d型混合节点4×8节点最大滑移量。 [0024] 图10为a型传统摩擦型节点8×13节点最大滑移量。 [0025] 图11为b型混合节点8×13节点最大滑移量。 [0026] 图12为c型混合节点8×13节点最大滑移量。 [0027] 图13为d型混合节点8×13节点最大滑移量。 [0028] 图14为螺栓布置对不同类型节点最大滑移量的影响示意图。 [0029] 图15为a型传统摩擦型节点螺栓布置对4×8节点疲劳寿命的影响。 [0030] 图16为b型混合节点螺栓布置对4×8节点疲劳寿命的影响。 [0031] 图17为c型混合节点螺栓布置对4×8节点疲劳寿命的影响。 [0032] 图18为d型混合节点螺栓布置对4×8节点疲劳寿命的影响。 [0033] 图19为a型传统摩擦型节点螺栓布置对8×13节点疲劳寿命的影响。 [0034] 图20为b型混合节点螺栓布置对8×13节点疲劳寿命的影响。 [0035] 图21为c型混合节点螺栓布置对8×13节点疲劳寿命的影响。 [0036] 图22为d型混合节点螺栓布置对8×13节点疲劳寿命的影响。 [0037] 图23为螺栓布置对不同类型节点的节点板疲劳寿命的影响。 [0038] 图24为螺栓布置对不同类型节点的螺栓群疲劳寿命的影响。 [0039] 图中标记为，1.钢节点板；2.螺栓孔；3.摩擦型螺栓；4.承压型螺栓。 具体实施方式[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0041] 本发明所提供的抗滑移的混合型高强螺栓连接节点及其施工方法，主要包括钢节点板，1、螺栓孔2、摩擦型螺栓3、承压型螺栓4，如图1、图2、图3、图4和图5所示。 [0042] 在钢节点板1上均匀开设大小一致的螺栓孔2，如图2所示。 [0043] 在螺栓孔2处安装摩擦型螺栓3和承压型螺栓4，螺栓布置方式有3种，如图3、图4和图5所示。对于中等数量高强螺栓节点，为了得到更好的抗滑移效果，可采用图3、图4和图5所示的b型、c型或d型节点。对于大数量高强螺栓节点，为了得到更好的抗滑移效果，采用图3或图5所示的b型或d型节点。 [0044] 对布置承压型高强螺栓4的螺栓孔2，安装精加工大直径的承压型高强螺栓4，实现承压型受力。具体做法为，选取接近螺栓孔大小的螺栓，如22mm螺栓孔配套21mm直径的螺栓，采用精加工高强螺栓，实现承压型受力。 [0045] 对布置摩擦型高强螺栓3的螺栓孔4，安装直径比螺栓孔小的摩擦型高强螺栓3。具体做法为，选取小于螺栓孔大小的螺栓，如22mm孔径配套20mm直径的螺栓，对螺栓施加预紧力，实现摩擦型受力。 [0046] 先对承压型螺栓4施加一定预紧力，再对摩擦型螺栓3施加更高的预紧力，通过预紧力和施拧顺序的不同，保证摩擦型螺栓3承担更大预紧力，保证承压型螺栓4为承压型受力，摩擦型螺栓3为摩擦型受力。 [0047] 本发明的施工工序为：1）工厂预制钢节点板1，并按设计要求开大小一致的螺栓孔2，通过喷砂等方式增加钢节点板1的摩擦系数； 2）在螺栓孔2处安装摩擦型螺栓3和承压型螺栓4，螺栓布置方式有3种。对于中等数量高强螺栓节点，采用图3、图4和图5所示的b型、c型或d型节点。对于大数量高强螺栓节点，采用图3或图5所示的b型或d型节点。 [0048] 3）先对承压型螺栓4施加一定预紧力，再对摩擦型螺栓3施加更高的预紧力。 [0049] 通过有限元分析，针对工程中常用的两种规格螺栓节点，对比传统摩擦型高强螺栓节点（a型）和本发明提出的混合型高强螺栓节点（b型、c型、d型）在轴向荷载作用下的滑移，如图6‑图13可以看出，对于这两种规格的螺栓节点，采用混合型节点，螺栓的最大滑移量均有显著减小。 [0050] 螺栓布置对滑移的影响图，如图14所示，可以看出，两种节点中，采用端部两侧布置承压型螺栓或四周布置承压型螺栓，可以有效降低螺母滑动距离。 [0051] 通过有限元分析，针对工程中常用的两种规格螺栓节点，对比传统摩擦型高强螺栓节点（a型）和本发明提出的混合型高强螺栓节点（b型、c型、d型），研究改变螺栓布置对节点模型疲劳性能的影响，结果如图15‑图22所示。 [0052] 如图23和24，可以看出，采用四周布置承压型螺栓，对只布置摩擦型螺栓而言，两种规格布置的节点板和螺栓群的寿命均有所增大，在4×8节点中，节点板最小疲劳寿命从11983增加到13953，增加了16.44%；螺栓群最小疲劳寿命从66491增加到82848，增加了 24.60%；在8×13节点中，节点板最小疲劳寿命从12514增加到12951，增加了3.49%；螺栓群最小疲劳寿命从15108增加到17892，增加了18.43%。 [0053] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 |
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