在役螺栓球网架结构M22高强螺栓的疲劳分析与试验研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 15次 | 上传用户:zjtiankong1981
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螺栓球节点网架以其综合优势在公共建筑、工业厂房等大跨建筑中得到广泛应用。其中设置悬挂吊车的螺栓球节点网架在吊车的随机交变荷载作用下会产生疲劳问题,有可能发生疲劳破坏。而在我国相关设计规范规程中对螺栓球节点网架的疲劳设计尚为空白,设计人员无据可依,极大地限制了螺栓球节点网架今后的发展应用。本文依托国家自然科学基金项目《在悬挂吊车作用下空间网格结构疲劳问题的深入研究》(51178286,2012-2015)对螺栓球节点网架中M22高强螺栓的疲劳性能展开了相关的理论与试验研究,主要内容总结如下:1、借助MIDAS软件对某在役螺栓球节点网架进行静力分析与疲劳分析,依据累积损伤理论估算该网架的疲劳寿命。得出结论:悬挂吊点处的高强螺栓最容易发生疲劳破坏,其次为腹杆,再其次为下弦杆。该螺栓球节点网架在设计基准期内安全。2、利用稳定可靠的疲劳试验加载装置和Amsler疲劳试验机对螺栓球节点网架中M22高强螺栓的疲劳性能进行验证性试验,得到7个常幅疲劳试验数据和2变幅疲劳试验数据,并分析高强螺栓时效硬化对疲劳强度的影响:时效硬化会降低疲劳强度。3、通过对M22高强螺栓疲劳破坏断口宏观照片和微观照片的分析,解释螺栓球节点网架中高强螺栓疲劳破坏机理。高强螺栓的疲劳破坏断口分为:疲劳源区、疲劳扩展区、疲劳瞬断区。4、利用Abaqus有限元分析软件分析了高强螺栓的直径大小、螺纹形式、外露螺纹数目对于高强螺栓应力集中的影响,并自行设计出应力集中系数最小的螺纹形式。计算出所有直径高强螺栓的疲劳缺口系数,区间为:3.99-5.74,为建立热点应力幅疲劳设计验算方法提供了依据。分析表明:圆弧形螺纹应力集中系数最小。在此基础上对普通螺纹形式提出改进建议:将牙型角由原来的60°改为30°。
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