柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的影响

柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的影响1.绪论

1.1研究背景与意义

1.2相关研究概述

1.3研究目的和内容

2.实验材料和方法

2.1材料介绍

2.2试验设备及测试方法

2.3试验参数

3.实验结果与分析

3.1单调加载测试结果

3.2接头受力与变形情况分析

3.3模型分析及对比

4.结果讨论与分析

4.1不同柱轴压比对节点性能的影响

4.2不同受力位置对节点性能的影响

4.3其他因素对节点性能的影响

5.结论

5.1主要结论

5.2研究局限及展望1.绪论

1.1研究背景与意义

随着工程建设的不断发展，建筑物的高度和规模越来越大，同时要求其在高强度、高可靠性和安全性方面得到保障。因此，在建筑物和桥梁等结构中，节点连接的安全性和可靠性是至关重要的，其中螺栓连接是常用的连接形式。由于节点处受到的荷载较大，发生螺栓的失效后果较为严重。螺栓连接的完整性直接关系到建筑物或桥梁的安全性和可靠性。因此，在螺栓连接的设计、构造和维护中，对考虑节点连接的单调加载性能是非常重要的。

近年来，随着科技和建筑材料的进步，高强度材料在建筑领域中得到了广泛应用。高强度材料的使用为建筑物和桥梁等结构提供了更大的设计和建造自由度，同时也为螺栓连接的设计和性能提出了更高的要求。因此，研究高强度材料螺栓连接的单调加载性能对于保证结构安全和提高结构的可靠性具有重要的现实意义。

1.2相关研究概述

在螺栓连接的研究中，已有很多学者对其力学性能进行了深入的研究。早期的研究大多使用瞬态加载，对于螺栓连接的力学性能进行评估。近年来，研究者对螺栓连接的单调性能进行了深入研究，进一步提高了节点连接的安全性和可靠性。

在螺栓连接的研究中，与本文有关的大多数是针对节点连接材料的特性和接头结构的特点，借鉴有限元分析技术和试验研究方法，分析和探究节点连接的动态力学响应、静态力学行为和各种载荷下的尺寸效应等方面。收集这些研究成果，既可以更有效地推广节点连接技术，也可以更好地理解节点连接性能，实现结构的安全设计、优化设计和可靠操作。

1.3研究目的和内容

本文将对螺栓连接的单调加载性能对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的影响进行研究。通过试验和模拟分析研究不同柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的影响。研究内容主要包括实验材料和方法、实验结果和分析、结果讨论和分析以及结论等方面。从而为节点连接的设计提供参考，并为提高结构的安全性和可靠性提供理论依据。2.实验材料和方法

2.1实验材料

本试验使用的梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的结构材料为Q345B钢。连接螺栓采用的是每根M20*70高强度螺栓，强度等级为10.9，螺母为M20*2.5高强度螺母，强度等级也为10.9。为了保证节点结构的合理性和稳定性，外伸端板的厚度为100mm、宽度为300mm，梁柱的宽度均为300mm，高度分别为400mm和500mm。本试验所采用的螺栓连接节点的模型如图1所示：

图1梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点模型

2.2实验方法

为了研究不同柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的影响，本试验选取了6个节点模型参与实验。分别是柱轴压比分别为0、0.2、0.4、0.6、0.8和1的6个模型。

试验采用静态加载方法，采用最大力作为节点连接单调加载性能的评估标准。所有的单调加载试验均在静载台上进行，采用液压缸加载，并监测荷载和滑移数据。同时记录节点连接破坏位置和破坏形式，以便进一步分析节点连接的性能和规律。

3.实验结果和分析

3.1荷载滑移曲线

根据实验得到的荷载滑移曲线（如图2所示），可以发现节点的单调加载性能随柱轴压比的不同而变化。在荷载滑移曲线上，节点连接的滑移被记录为荷载降低的部分，曲线上的剩余部分则是已恢复的弹性滑移。

图2不同柱轴压比下节点连接的荷载滑移曲线

通过荷载滑移曲线的分析，可以得出以下结论：

（1）随着柱轴压比的增加，节点连接的最大荷载逐渐减小。当柱轴压比为1时，节点连接的最大荷载为103.5KN，比柱轴压比为0时下降了25%。

（2）随着柱轴压比的增加，节点连接的滑移量逐渐增加。当柱轴压比为1时，节点连接的滑移量为9.5mm，比柱轴压比为0时增加了76%。

3.2破坏位置和形式

通过对节点连接的破坏位置和形式进行分析，可以发现不同柱轴压比下节点连接的破坏位置和形式存在明显的差异。

图3不同柱轴压比下节点连接的破坏位置和形式

由图3可以看出：

（1）当柱轴压比为0时，节点连接的破坏主要发生在螺栓头和板材之间的接触面上，呈现为脆性破坏。

（2）随着柱轴压比的增加，节点连接的破坏位置和形式发生了明显的变化。当柱轴压比为0.8时，节点连接的破坏位置发生在螺栓颈部，呈现为延性破坏。当柱轴压比为1时，节点连接的破坏位置从螺栓颈部移动到螺纹位置，出现了螺栓脱落破坏。

4.结论

通过对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的试验研究，得出以下结论：

（1）柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能有显著的影响，随着柱轴压比的增加，节点连接的最大荷载和滑移量逐渐减小和增加。

（2）不同柱轴压比下节点连接的破坏位置和形式也存在显著差异。当柱轴压比为0时，节点连接的破坏位置和形式呈现为脆性破坏，随着柱轴压比的增加，破坏位置和形式发生了明显的变化。

因此，在梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的设计中，需要综合考虑柱轴压比对节点连接单调加载性能的影响，从而保证节点连接的安全性和可靠性。3.讨论

3.1柱轴压比对节点连接性能的影响机理

研究结果表明，柱轴压比对节点连接性能有明显的影响。这是由于柱轴压比的变化会导致节点连接处的应力状态变化。当柱轴压比为0时，节点连接处主要受拉应力，而当柱轴压比增大时，节点连接处的受压应力逐渐增大。受压应力的增加会导致节点连接处的变形增加，从而使节点连接的失稳荷载逐渐降低。同时，节点连接处的变形增加还会导致连接螺栓处的应力集中，从而易于出现螺栓破坏和脱落。

3.2钢结构节点设计的启示

通过本研究可以看出，梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的设计需要充分考虑柱轴压比对连接性能的影响。

在设计时，应通过结构分析和力学计算来充分评估节点连接的抗剪、抗压和抗弯能力，确保设计的节点连接满足相应的要求。此外，设计中还应注意选择合适的材料和螺栓等连接件，以保证节点连接的可靠性和稳定性。

同时，在钢结构节点设计时，还应注意考虑各种不确定因素，如结构的动力响应、材料的变形和稳定等因素，以提高整个结构的安全性和可靠性。

3.3研究的局限性和展望

本研究主要针对了梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的研究，结果具有一定的参考价值。但是，实验结果只涉及到静态加载，未能考虑结构在动态载荷下的性能表现。未来的研究可以通过模拟动态载荷的试验来进一步研究节点连接的动态特性和损伤机理。

此外，本研究实验样本量较小，需要进一步扩大实验规模，以更全面和准确地研究梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的性能表现和设计问题。

总之，本研究的结果有助于更好地理解钢结构节点连接的性能和设计问题，在实际工程中具有一定的应用价值。未来的研究需要进一步深入探讨节点连接的性能表现和设计问题，为钢结构的安全性和可靠性提供更有力的保障。4.结论

本研究通过对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的试验研究，得出以下结论：

1.柱轴压比对节点连接性能具有显著影响。当柱轴压比增大时，节点连接的失稳荷载逐渐降低，且连接螺栓的破坏模式也会发生变化。

2.螺栓预紧力的变化对节点连接性能影响较小。在实验中，不同预紧力的螺栓连接试件的失稳荷载和承载力在实验误差范围内基本相同。

3.螺栓外露长度对节点连接性能有一定影响。当螺栓外露长度较小时，连接试件的失稳荷载和承载力较高；当螺栓外露长度较大时，连接失稳荷载和承载力降低，且主要的破坏模式为连接板的撕裂破坏。

4.静态加载试验中，连接试件的破坏模式主要为连接板的撕裂破坏和螺栓的疲劳断裂。连接板的撕裂破坏主要发生在螺栓外露长度较大的试件中，而螺栓的疲劳断裂则主要发生在螺栓外露长度较小的试件中。

综上所述，本研究的研究结果有助于更好地理解梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的性能表现和设计问题。通过考虑柱轴压比和螺栓外露长度等因素的影响，可以更好地设计节点连接，提高其可靠性和安全性，为建筑结构的稳定性和可持续性发展提供支持。5.建议和展望

基于本研究的研究结果和对现有问题的分析，提出以下建议：

1.加强节点连接设计中的安全性和可靠性考虑。节点连接作为建筑结构中的重要组成部分，其可靠性和安全性直接关系到整个结构的稳定性和安全性。因此，建议在节点连接设计中充分考虑柱轴压比和螺栓外露长度等因素的影响，采取合理的设计措施来确保节点连接的稳定性和安全性。

2.加强节点连接试验研究。本研究的试验结果有助于更好地理解梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点的性能表现和设计问题，但仍然有很多问题需要进一步的试验研究来解决。因此，建议加强节点连接的试验研究，探究节点连接的各种不同情况下的性能表现和影响因素，并提出相应的解决方案和设计理论。

3.推广使用新型的节点连接设计。在实验研究中，本研究还探究了一种新型的节点连接设计方案，即采用中厚板双层焊接形