【摘 要】
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销铰节点作为一种理想的铰接节点形式,被广泛地应用于各类空间结构中。而空间结构的受力关键是节点的受力是否满足其强度与刚度需求,在往复动力荷载作用下,大跨度钢结构的销铰节点螺栓销轴可能会发生疲劳失效,对结构的整体可靠性和安全性造成极大的威胁。针对销铰节点的国内、外相关规范条文及研究成果多局限于构造设计要求与静力承载性能,对于其在往复动力荷载下的疲劳强度与破坏表征尚缺乏充分的阐述与报道。因此本文在国家自
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51708384）； 山西省留学人员科技活动择优资助项目（DC1900000602）； 山西省基础研究青年基金项目（201901D211017）；
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销铰节点作为一种理想的铰接节点形式,被广泛地应用于各类空间结构中。而空间结构的受力关键是节点的受力是否满足其强度与刚度需求,在往复动力荷载作用下,大跨度钢结构的销铰节点螺栓销轴可能会发生疲劳失效,对结构的整体可靠性和安全性造成极大的威胁。针对销铰节点的国内、外相关规范条文及研究成果多局限于构造设计要求与静力承载性能,对于其在往复动力荷载下的疲劳强度与破坏表征尚缺乏充分的阐述与报道。因此本文在国家自然科学基金项目（51708384）、山西省留学人员科技活动择优资助项目（DC1900000602）、山西省基础研究青年基金项目（201901D211017）的联合资助下,以销铰节点M36螺栓销轴为研究对象,通过试验研究及数值模拟方法对其常幅疲劳性能及相关因素的影响进行探讨,主要进行了以下几部分工作并得到了相应结论:（1）进行了3个螺栓销轴试件的静力拉伸试验和6个试件的硬度试验,获得了该批次试件的力学性能参数;（2）设计了合理的疲劳加载装置并制定了科学的常幅疲劳试验方案,在此基础上进行了9个销铰节点M36螺栓销轴的常幅疲劳试验,根据试件的加载参数及对应的疲劳循环次数拟合得到了螺栓销轴的常幅疲劳S-N曲线及对应的疲劳寿命估算公式,得到螺栓销轴循环次数2×106次对应的名义容许应力幅[△σ]2×106=42.39Mpa,分别为钢结构标准中连接类别为Z11与J2的构件即普通螺栓轴向拉伸疲劳与剪切疲劳的常幅疲劳强度设计值的84.79%与42.39%;（3）9个螺栓销轴试件断口均呈现出良好的疲劳破坏特征,通过两个典型试件疲劳断口的宏观与微观分析,揭示了螺栓销轴的常幅疲劳破坏机理;对9个试件的断裂位置进行汇总,对试件表面所有发生疲劳破坏的区域进行分类并分析各区域在螺栓销轴受沿耳板轴线方向往复荷载时的受力特性;（4）利用ABAQUS软件对销铰节点螺栓销轴进行有限元分析,分析了试件在弹性状态下承受沿耳板轴向方向静力荷载时的受力状况,得到试件表面在静力作用下的应力分布及应力集中位置;（5）利用n Code Designlife软件对销铰节点螺栓销轴进行疲劳仿真模拟,参考常幅疲劳试验的加载方案建立螺栓销轴的疲劳仿真模拟与常幅疲劳试验的对照组,得到疲劳模拟下螺栓销轴循环次数2×106次对应的名义容许应力幅[△σ]2×106=39.73Mpa,为试验所得对应值的93.7%,验证了该模拟方法的可靠性;（6）基于该可靠的疲劳模拟方法,针对螺栓销轴进行4因素共32个模型的疲劳模拟参数化分析,其中通过单因素分析得到螺栓销轴常幅疲劳强度与加载应力比/螺栓直径2个参数正相关,与销孔间隙的初始增长呈负相关,且与耳板间距基本无关;螺栓销轴的疲劳最不利位置是内、外耳板销孔对螺栓销轴表面的挤压区域,此外螺栓销轴跨中受拉区域的疲劳破坏风险在销孔间隙、耳板间距增加或者试件直径减小时也会明显增加;通过正交分析得到螺栓销轴常幅疲劳性能影响因素敏感性顺序为:销孔间隙→螺栓直径→应力比→耳板间距。
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