钢结构螺栓连接节点研究现状

(西安工业大学建筑工程学院 陕西 西安 710000)

钢结构的连接方式有焊接连接、螺栓连接、铆接连接等，其中螺栓连接不需要预热处理，直接用扳手拧上即可，减少了对钢材的损害并且装拆方便，螺栓连接受力可以分为四个阶段，摩擦力传力阶段，滑移阶段，弹性阶段和弹塑性阶段。一般情况下螺栓使用都不会超过第三个阶段，因此可以重复利用。本文对螺栓连接相关研究进行归纳和总结，希望能对工程技术人员处理相关问题有所帮助。

周俐俐等[1]通过具体实例说明螺栓连接的合理排列问题，在进行钢结构螺栓连接的螺栓排列时，不仅要考虑螺栓排列方式，还要考虑截面削弱和截面受力的问题，普通螺栓连接与摩擦型高强度螺栓连接的传力也有不同(高强度螺栓连接与普通螺栓的螺栓排列方式相同)。

郭琨[2]以单板的四种加工工艺(螺纹切削、淬火切削、螺纹挤压以及热熔钻)和组合板考虑轴压和挠曲为影响因素，对28组(204个试件)普通钢板作为螺母时的螺栓承载力进行试验研究。研究结果表明：单板螺栓承载力随板厚增加显著增加，螺纹挤压工艺是较为理想加工方式；相同螺栓直径，螺栓承载力组合板随板厚增加而增大，但当组合板厚达到16mm之后(螺纹圈数接近8)，承载力增长趋势减缓；挠曲变形的存在使得组合板承载力降低8.2%～19.7%；组合板加工工艺的质量对螺栓承载力有显著影响。通过对实验数据的整理分析得出，可以对《机械零件强度计算公式》中相关公式进行修正，得Fb=Qpr=πd1krLkmτnr，用来计算新型全螺栓连接螺栓抗压强度。

石河子大学的郭琨[3]等人提出一种新型的节点连接形式——新型单边全螺栓节点连接。用10.9级的不同型号的高强螺栓对两块材性型号为Q345B的焊接组合钢板进行全螺栓连接，并对这些试件做了抗压承载力试验，研究了在该螺栓型号下的组合板的板厚会对螺栓抗压性能造成何种影响。并通过分析组合板的破坏特征和抗压强度等得出以下结论：此种新型全螺栓的极限破坏形态最终的主要表现形式为组合板上的螺纹牙脱扣；当保持螺栓直径不变时，螺栓的极限抗压承载力随着组合板的板厚增大而增大，但相应的增加趋势会逐渐变缓。

田振山等[4]为了了解使用钢板钻孔攻丝充当螺栓螺帽的新型螺栓连接方式所组成的新型节点的受力特性，采用与薄板有关的弹性理论知识，对螺纹表面的应力分布情况与螺栓的极限承载力之间的关系做了比较详细的分析与研究，最终得出新型全螺栓连接节点的承载力大小与板块的厚度、刚度以及螺纹牙之间的螺距和表面摩擦系数的关系，也为方钢管柱全螺栓连接的螺栓群受力分析提供了理论依据。

刘秀丽等[5]人对10个不同构造参数的T形连接件进行试验及有限元研究，比较T形件构造参数变化对高强度螺栓力学性能的影响，并对高强度螺栓受力进行数值模拟。结果表明：螺栓直径、翼缘板厚度及螺栓间距等构造参数变化对T形件连接高强度螺栓受力产生不同程度的影响，设计中可根据具体情况选择最优的构造形式；高强度螺栓除受到撬力的影响外，还受到弯矩的影响。

刘学春等人[6]对三个不同参数螺栓连接的多高层钢结构装配节点的抗震性能进行试验和有限元分析，试验和有限元分析结果表明:通过调整盖板螺栓数量和规格，可以实现梁柱刚性连接和变刚度连接，变刚度连接时，可实现多遇地震作用下不滑移，设防地震和罕遇地震作用下利用盖板与梁翼缘相对滑移耗散地震能量;通过分析螺栓接触面的滑移，认为盖板与梁翼缘滑移构造提高了梁端的变形能力，延性以及耗能能力，实现了摩擦耗能，可以用于抗震设防区结构中。

徐亚洲等[7]基于Q235钢材、10.9级摩擦型高强螺栓连接件微动疲劳寿命试验和断口扫描电镜分析结果，通过有限元方法建立了Q235高强螺栓单面连接微动疲劳寿命数值预测模型。在此基础上开展螺栓预紧力和接触面摩擦系数对高强螺栓单面连接微动疲劳寿命的影响分析，考察螺栓预紧力的不足和连接板接触面摩擦系数的改变对接触面正应力、切应力和相对位移的影响以及数值的变化。分析结果表明:螺栓预紧力和接触面摩擦系数对微动疲劳寿命都有一定的影响，其中螺栓预紧力较JGJ82—2001《钢结构高强度螺栓连接技术规程》要求低10%时，微动疲劳寿命降低约12%;连接板接触面摩擦系数每减小0.5，微动疲劳寿命降低约10%。

徐忠根等[8]通过改变螺栓孔边距研究角钢螺栓连接的抗剪性能，结果表明型号为63×5的角钢螺栓连接试件的极限承载力随螺栓边距的增加而减小;角钢延性随螺栓边距增大而降低;由于螺栓边距不同，角钢破坏模式呈现差异性。有限元软件ABAQUS分析与试验结果吻合度较好。有限元得到的荷载-位移曲线与试验的荷载位移曲线基本吻合，极限承载力误差在5%以内，破坏模式与试验现象相近，验证了所建立角钢螺栓抗剪连接有限元模型的合理性，可为进一步研究提供依据。

王元清等[9]对4种类型的螺栓(镀锌高强度螺栓10.9级、8.8级，奥氏体不锈钢螺栓A4-70、A4-80)和不同端板厚度的不锈钢结构外伸式端板连接节点进行循环荷载下的破坏试验，试验结果表明：不锈钢螺栓端板连接节点的滞回曲线呈Z形，且其耗能系数仅为镀锌高强度螺栓端板节点的40%,；当端板较薄时，节点的抗震性能均有显著提高；通过有限元分析与试验结果的比较，验证了有限元模型的正确性．研究结果表明，所有试件的滞回曲线均具有不同程度的滑移捏缩现象，不锈钢螺栓端板连接节点、端板越薄时捏缩现象越明显，因此需从设计上加以改进，同时不锈钢摩擦面的处理工艺也需进一步开发，以提高不锈钢面的抗滑移系数。

钢结构螺栓连接节点的受力性能与螺栓类型、螺栓直径、螺栓间距、排列方式及钢板的厚度等参数密切相关，因此，在螺栓设计时，应选取合理的螺栓参数。