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在《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》，提出了栓焊并用的連接形式，即在一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)中，摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接和角焊縫焊接連接并用，且承受同一剪切荷載作用。這一連接方式能夠很大程度上提高連接的抗剪強(qiáng)度，當(dāng)采用螺栓連接設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足或是使用荷載增大等情況下，栓焊并用連接是一種有效的加固改造方法。
在《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》中也提到：在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差較大的混合連接方式，但如有根據(jù)可采用焊縫和摩擦型高強(qiáng)度螺栓共同受力的混合連接。同時(shí)還規(guī)定：用焊縫連接加固螺栓時(shí)，應(yīng)按焊縫承受全部作用力設(shè)計(jì)計(jì)算其連接，不考慮焊縫與原有連接件共同工作。
“規(guī)程”征求意見(jiàn)中提出：栓焊并用連接的施工順序?yàn)橄雀邚?qiáng)度螺栓緊固，后實(shí)施焊接，焊縫形式應(yīng)為貼角焊縫。
本文針對(duì)上述加固用栓焊并用連接的受力進(jìn)行有限元分析，討論了3種不同構(gòu)造形式的合理性及優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)焊縫的高度進(jìn)行了參數(shù)分析。為這種連接方式的設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)建議。
采用有限元軟件ANSYS對(duì)栓焊并用連接進(jìn)行分析。選定的算例如下：板件采用Q345，板厚12 mm；螺栓選用10.9級(jí)M20摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓，沿剪力方向布置兩排(共6個(gè))，鋼板做噴砂處理，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2003)得到摩擦系數(shù)為0.45。有限元建模時(shí)，螺栓間距及端距、焊縫的尺寸等均滿足 “規(guī)范”(GB 50017-2003)的構(gòu)造要求。同時(shí)根據(jù)“規(guī)范”(GB 50017-2003)可以計(jì)算得到所選模型的螺栓抗滑移承載力設(shè)計(jì)值以及焊縫的抗剪承載力設(shè)計(jì)值。采用ANSYS提供的solid92和solid95建立三維實(shí)體模型。鋼板鋼材塑性段采用隨動(dòng)強(qiáng)化模型，屈服強(qiáng)度選取標(biāo)準(zhǔn)值345MPa，泊松比v0.3，屈服后彈性模型取屈服前的1/200；而螺栓的材性數(shù)據(jù)采用已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用E50焊條焊接，焊縫的屈服強(qiáng)度由計(jì)算得到，其中焊條的屈服強(qiáng)度，母材的屈服強(qiáng)度，極限強(qiáng)度與焊材取值相同。為了模擬試件的破壞，對(duì)焊縫采用三折線模型：在達(dá)到屈服強(qiáng)度之后，材料出現(xiàn)上升段，強(qiáng)化剛度為E/100，達(dá)到極限強(qiáng)度后出現(xiàn)下降段，剛度為E/100。根據(jù)對(duì)稱性只建立1/2模型，并施加對(duì)稱約束。由于“規(guī)程”(征求意見(jiàn)稿)中要求栓焊并用連接的施工順序?yàn)楦邚?qiáng)度螺栓緊固，后實(shí)施焊接，所以在有限元計(jì)算的過(guò)程中需要用到ANSYS提供的生死單元的功能，其具體計(jì)算步驟如下：1)建立包括焊縫在內(nèi)的完整有限元模型；2)“殺死”焊縫上的所有單元，然后計(jì)算螺栓施加預(yù)應(yīng)力的過(guò)程；3)“激活”焊縫上的單元，在板端施加荷載。
不同的焊縫形式(側(cè)焊縫、端焊縫、端焊縫和側(cè)焊縫并用)對(duì)連接最終的抗剪承載力影響較大。“規(guī)程”(征求意見(jiàn)稿)中針對(duì)不同焊縫形式提出了不同的計(jì)算公式。在這一部分的計(jì)算分析中，焊腳尺寸均采用8 mm。不同焊縫形式栓焊并用連接作用下，受拉板端的荷載一位移曲線，并與“規(guī)程”(征求意見(jiàn)稿)給出的公式進(jìn)行比較。沒(méi)有焊縫情況下，摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗滑移的荷載位移曲線，并與“規(guī)范”(GB 50017-2003)設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。
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