角钢螺栓连接中角钢肢厚对螺栓边距影响的研究

(广州大学土木工程学院 广东 广州 510006)

角钢螺栓连接中角钢肢厚对螺栓边距影响的研究

甘仲伟

(广州大学土木工程学院广东广州510006)

运用ABAQUS模拟角钢螺栓连接，研究角钢不同肢厚对角钢螺栓连接中螺栓边距的影响。本文设计了4组不同肢厚角钢分别在不同螺栓边距下的角钢螺栓连接试件，对比荷载位移曲线与极限承载力研究试件的抗剪性能。研究结果表明，螺栓边距与角钢厚度有关，并给出相应角钢在不同肢厚下的螺栓边距建议值，便于实际工程应用。

角钢；螺栓；抗剪性能

一、引言

角钢螺栓连接在工程中应用广泛[1]，左元龙[2]等对输电塔中组合角钢螺栓连的计算参数进行了研究；高义奇[3]等研究了火灾下拉剪组合作用对高强螺栓节点性能影响的研究；陈爱国[4]等研究了腹板双角钢梁柱连接的滞回性能；对比文献及查阅规范[5]发现，角钢螺栓连接中，螺栓边距值(螺栓孔中心到肢背距离)没有明确给出，仅在手册[6]中给出边距建议值，但并未考虑角钢肢厚对螺栓边距的影响。本文以《钢结构设计手册》中的建议值为基础，通过改变角钢肢厚，运用ABAQUS进行参数分析。

二、有限元模型的建立

试件采用角钢肢长为70mm，Q235钢材，弹性模量取2.06×105MPa，泊松比取为0.3，本构关系见表1所示。模型试件均采用C3D8R实体单元，考虑材料非线性、几何非线性，为与试验相符，板件，摩擦系数取0.35。

表1 材料力学性能①

图1 边界条件与加载

采用8.8级M18螺栓，螺栓孔取20mm，上连接板尺寸为300×150×10mm，与角钢绑定，下连接板尺寸为500×150×10mm，与角钢螺栓连接，模型示意图见图1所示；角钢长度取780mm，螺栓孔端距e1=30mm，螺栓孔间距e=60mm，其余参数尺寸见表2所示；试件中螺栓未施加预紧力。模拟中对下连接板端面施加完全固定约束，上连接板以位移控制施加荷载，如图1所示，加载量为20mm。

表2 角钢参数尺寸②③

三、模拟结果与分析

利用上述有限元建模方法对角钢型为L70×5、L70×6、L70×7和L70×8分别在螺栓边距为30mm、35mm、40mm和45mm下进行模拟分析，所得的荷载-位移曲线见图2所示。

(a)L70×5角钢

(b)L70×6角钢

(c)L70×7角钢

(d)L70×8角钢

由图2(a)可以得到，型号为L70×5的角钢在螺栓边距为30mm与35mm时的极限承载力分别为248kN与241kN，变形量分别为16.9mm和16.2mm；当螺栓边距为40mm与45mm时，极限承载力分别为223kN和214kN，变形量分别为14.2mm和12.6mm；螺栓边距为35mm相比螺栓边距为30mm的极限承载力下降2.91%，而螺栓边距为40mm和45mm相比螺栓边距为30mm的极限承载力分别下降11.2%和15.89%。图2(b)与图2(a)分析类似，L70×6的角钢螺栓边距为35mm相比30mm极限承载力下降3.49%，而边距为40mm和45mm相比30mm的极限承载力分别下降10.0%和15.11%。图2(c)可以得到，L70×7的角钢在螺栓边距为30mm、35mm、40mm和45mm下的极限承载力分别为343kN、337kN、327kN和312kN，边距为35mm和40mm相比30mm的极限承载力分别下降1.78%和4.89%，而螺栓边距为45mm相比螺栓边距为30mm的极限承载力下降9.94%，下降明显。图2(d)可以得到，L70×8的角钢在螺栓边距为35mm和40mm相比螺栓边距为30mm的极限承载力分别下降0.78%和5.43%，而螺栓边距为45mm相比螺栓边距为30mm的极限承载力下降16.16%，下降明显。

四、结语

1、在角钢螺栓连接下，随着螺栓边距的增大，试件的极限承载力与变形量逐渐降低。

2、根据极限承载力下降的程度，角钢型号为L70×5和L70×6的螺栓边距建议值取35mm，L70×7和L70×L70×5的螺栓边距建议值取40mm。

3、手册中同一肢长不同厚度角钢的螺栓边距进行同一规定并不准确，需深入研究并修改。

【注释】

①Q235数据为实验实测值

②螺栓边距为螺栓孔中心到肢背距离

③L7051中，70代表肢宽，5代表肢厚，1代表编号

[1]余明智,郑洪斌,岳浩,李丹丹.大规格角钢在特高压输电铁塔中的应用研究[J].山东电力技术,2016,(05):69-72.

[2]左元龙,傅鹏程.螺栓连接组合角钢的整体稳定及分肢计算[J].电力建设,2013,(05):80-85.

[3]高义奇,余红霞,施刚.火灾下拉剪组合作用对高强螺栓节点性能影响的试验研究[J].工程力学,2014,(09):97-103.

[4]陈爱国,顾强,苏明周,李启才.腹板双角钢梁柱连接循环荷载试验研究[J].建筑结构学报,2003,(06):67-71.

[5]GB50017:2003钢结构设计规范[S].

[6]《钢结构设计手册》委员会.钢结构设计手册-第3版[M].中国建筑工业出版社,2004.

甘仲伟(1992-)，男，汉族，福建莆田，研究生，硕士，广州大学，研究方向：钢结构。