在役螺栓球节点网架用M30高强度螺栓的疲劳性能分析与试验验证

摘要

螺栓球节点网架是实现大跨度建筑的主要结构形式之一，目前在国内外的应用日趋广泛。但在悬挂吊车作用下网架结构的疲劳问题还缺乏相应的设计依据，极大地限制了其在工业建筑领域的发展。
　　网架结构的疲劳主要是节点的疲劳，通过对有吊车荷载作用下整体网架结构进行受力分析，得出在腹杆、下弦杆及悬挂吊点处的高强度螺栓疲劳问题尤为严重。利用累计损伤理论对在役网架结构中疲劳破坏控制点做了寿命估算;同时以M30大直径高强螺栓为研究对象，开展了疲劳试验研究，得到9个常幅疲劳数据及2个变幅疲劳数据点，对网架中疲劳问题突出的腹杆节点作了试验验证，并回归出该规格螺栓的S-N曲线，建立了以热点应力幅为参量的疲劳设计方法。
　　针对高强度螺栓球节点，利用ABAQUS有限元软件分析不同直径、螺纹形式、外露螺纹数量等因素对螺纹缺口处应力集中效应的影响;并在现有网架用高强螺栓标准的基础上对螺纹进行优化设计:通过改变螺纹细部构造参数，降低缺口处的应力集中系数，得到了更适用于悬挂吊车荷载作用下的螺纹形式，并提出了改善螺栓疲劳性能的建议，达到提高网架结构疲劳寿命的目的。
　　本文的研究成果为改进在悬挂吊车作用下网架结构用高强螺栓的疲劳性能提供参考，也为相关规范的修订提供了重要的理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 网架结构兴起及发展

1．1．1 悬挂吊车在网架结构的应用

1．1．2 网架结构疲劳问题研究的意义

1．2 疲劳问题的概念及研究意义

1．3 国内外疲劳问题的研究历史与现状

1．3．1 国外疲劳问题的研究史

1．3．2 国内疲劳问题的研究进程

1．4 本文研究的主要内容

第二章 在役网架结构疲劳效应分析与寿命估算

2．1 网架结构工程概况

2．2 整体网架的静力分析

2．2．1 荷载取值

2．2．2 模型建立

2．2．3 网架结构静力分析

2．3 整体网架的疲劳性能分析

2．3．1 杆件连接处螺栓的疲劳问题

2．3．2 吊点处螺栓的疲劳问题

第三章 网架用高强度螺栓的疲劳试验验证

3．1 疲劳试验的必要性

3．2 疲劳试验方法综述

3．3 疲劳试验流程简介

3．3．1 试验构件及加载装置设计

3．3．2 常幅及变幅疲劳试验

3．4 疲劳试验验证与数据分析

3．4．1 疲劳试验数据整理

3．4．2 疲劳试验数据验证

3．4．3 疲劳试验数据分析

3．5 疲劳破坏机理研究

3．5．1 M30高强度螺栓常幅疲劳断口分析

3．5．2 M30高强度螺栓变幅疲劳断口分析

第四章 高强度螺栓缺口效应理论分析

4．1 应力集中的概念

4．1．1 理论应力集中系数概述

4．1．2 有效应力集中系数概述

4．2 网架用高强度螺栓缺口效应理论分析

4．2．1 高强度螺栓的基本尺寸

4．2．2 普通螺纹及梯形螺纹的基本参数

4．2．3 计算模型的建立与假定

4．2．4 应力集中效应的有限元分析

4．3 M30高强螺栓螺纹参数的优化设计

4．4 改善疲劳性能的建议

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

附录

致谢

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