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[摘 要]对于承压型高强螺栓连接，不同的螺栓间距和螺栓边距情况具有不同的构件破坏模式，本文选择了3种不同破坏模式的试验样本，并对其进行了有限元模拟分析。有限元结果表明，当螺栓间距和边距均较小时连接钢板发生净截面受拉破坏；当螺栓间距较小边距较大时，仅在螺栓之间的钢板发生净截面受拉破坏；当螺栓间距较大边距较小时，仅在板边缘处发生净截面受拉破坏。将有限元分析结果与试验结果进行对比，表明有限元分析结果较为准确。
[关键词]高强钢，螺栓连接，承压型连接，承压承载力
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0225-02
引言
R.Puthli 和O.Fleischer[1]使用S460钢材进行了25组承压型高强螺栓连接试验。这25组试验的试件采用了多种不同的螺栓间距和螺栓边距。本文从这25组试验中选择了3种不同破坏模式的试验样本进行有限元模拟分析。承压型高强螺栓连接通过螺栓与钢板之间的接触以及螺栓的抗剪承载力将荷载从一块钢板传递到另一块钢板。螺栓与钢板的接触处产生的应力包括螺栓横截面上的剪力以及钢板的局部承压应力。另外，承压型高强螺栓连接由于螺栓孔存在空隙且螺栓未施加预紧力，因此在受力时会产生初始滑移。
1 有限元分析
使用Abaqus6.12对三个试验进行了有限元分析。在承压型高强螺栓连接中，分析了多种不同因素的影响，包括连接钢板厚度、边距、螺栓间距、螺栓孔直径和螺栓直径。螺栓、盖板以及连接板在有限元分析中选用的是deformable bodies模型。
主连接板的外形尺寸如图1和表1所示：
模型的外形尺寸如图2所示：
试件中采用的螺栓为10.9级高强螺栓，螺栓直径为27mm。钢板强度等级为S460，厚度为17.5mm。钢板与螺栓的材料性能如表2所示。
S460高强钢和10.9级高强螺栓的性能曲线如图3所示。
选用C3D8I单元对钢板和螺栓进行模拟。螺栓杆与钢板中螺栓孔的接触定义为“hard” surface to surface接触模式。不考虑钢垫圈。连接板与盖板之间的切向摩擦接触定义为“penalty”模式。
有限元模型如图4所示。
2 有限元分析结果
高强螺栓连接的荷载位移曲线如图5所示。从图中可以看出在刚开始加载时有一段初始滑移，这是由于承压型高强螺栓在加载前并未施加预紧力，螺栓杆在螺栓孔间隙间产生了滑移。在初始滑移之后，承载能力呈线性增长。
图6-8分别为10号、12号以及22号试验样本中连接板与螺栓的应力云图。从图中可以看到试件10最终为净截面受拉破坏，试件12和试件22的破坏模式为介于净截面受拉破坏与端部剪切破坏之间的混合破坏模式。不同的是试件12的螺栓间距较小边距较大，净截面受拉破坏发生在螺栓之间的区域；而试件22的螺栓间距较大边距较小，净截面受拉破坏发生在靠近板边缘的区域。对比试验破坏情况与有限元分析结果，两者的破坏模式基本相同。
表3比较了三个试验与有限元计算的破坏模式以及极限承载力大小。
3 结论
试验得到的极限承载力与有限元计算得到的极限承载力之比为1.06-1.07，误差较小仅为6%到7%。有限元结果表明，当螺栓间距和边距均较小时连接钢板发生净截面受拉破坏；当螺栓间距较小边距较大时，仅在螺栓之间的钢板发生净截面受拉破坏；当螺栓间距较大边距较小时，仅在板边缘处发生净截面受拉破坏。另外有限元计算结果和试验中构件的破坏模式也相同。表明三个试验结果与有限元模拟结果是吻合的。
参考文献
[1] R.Puthli and O.Fleischer，Investigations on bolted connections for high strength steel members，Journal of Constructional Steel Research 57 （2001） 313-326.
[2] 石亦平，周玉.，ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3] 曹金凤，石亦平.ABAQUS有限元分析常见问题解答[M].北京：机械工业出版社，2009.
[关键词]高强钢，螺栓连接，承压型连接，承压承载力
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0225-02
引言
R.Puthli 和O.Fleischer[1]使用S460钢材进行了25组承压型高强螺栓连接试验。这25组试验的试件采用了多种不同的螺栓间距和螺栓边距。本文从这25组试验中选择了3种不同破坏模式的试验样本进行有限元模拟分析。承压型高强螺栓连接通过螺栓与钢板之间的接触以及螺栓的抗剪承载力将荷载从一块钢板传递到另一块钢板。螺栓与钢板的接触处产生的应力包括螺栓横截面上的剪力以及钢板的局部承压应力。另外，承压型高强螺栓连接由于螺栓孔存在空隙且螺栓未施加预紧力，因此在受力时会产生初始滑移。
1 有限元分析
使用Abaqus6.12对三个试验进行了有限元分析。在承压型高强螺栓连接中，分析了多种不同因素的影响，包括连接钢板厚度、边距、螺栓间距、螺栓孔直径和螺栓直径。螺栓、盖板以及连接板在有限元分析中选用的是deformable bodies模型。
主连接板的外形尺寸如图1和表1所示：
模型的外形尺寸如图2所示：
试件中采用的螺栓为10.9级高强螺栓，螺栓直径为27mm。钢板强度等级为S460，厚度为17.5mm。钢板与螺栓的材料性能如表2所示。
S460高强钢和10.9级高强螺栓的性能曲线如图3所示。
选用C3D8I单元对钢板和螺栓进行模拟。螺栓杆与钢板中螺栓孔的接触定义为“hard” surface to surface接触模式。不考虑钢垫圈。连接板与盖板之间的切向摩擦接触定义为“penalty”模式。
有限元模型如图4所示。
2 有限元分析结果
高强螺栓连接的荷载位移曲线如图5所示。从图中可以看出在刚开始加载时有一段初始滑移，这是由于承压型高强螺栓在加载前并未施加预紧力，螺栓杆在螺栓孔间隙间产生了滑移。在初始滑移之后，承载能力呈线性增长。
图6-8分别为10号、12号以及22号试验样本中连接板与螺栓的应力云图。从图中可以看到试件10最终为净截面受拉破坏，试件12和试件22的破坏模式为介于净截面受拉破坏与端部剪切破坏之间的混合破坏模式。不同的是试件12的螺栓间距较小边距较大，净截面受拉破坏发生在螺栓之间的区域；而试件22的螺栓间距较大边距较小，净截面受拉破坏发生在靠近板边缘的区域。对比试验破坏情况与有限元分析结果，两者的破坏模式基本相同。
表3比较了三个试验与有限元计算的破坏模式以及极限承载力大小。
3 结论
试验得到的极限承载力与有限元计算得到的极限承载力之比为1.06-1.07，误差较小仅为6%到7%。有限元结果表明，当螺栓间距和边距均较小时连接钢板发生净截面受拉破坏；当螺栓间距较小边距较大时，仅在螺栓之间的钢板发生净截面受拉破坏；当螺栓间距较大边距较小时，仅在板边缘处发生净截面受拉破坏。另外有限元计算结果和试验中构件的破坏模式也相同。表明三个试验结果与有限元模拟结果是吻合的。
参考文献
[1] R.Puthli and O.Fleischer，Investigations on bolted connections for high strength steel members，Journal of Constructional Steel Research 57 （2001） 313-326.
[2] 石亦平，周玉.，ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3] 曹金凤，石亦平.ABAQUS有限元分析常见问题解答[M].北京：机械工业出版社，2009.