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撬力与螺栓高拉力

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为什么螺栓中的拉力比手算结果更高?为什么翅板节点中的螺栓会出现拉力?为什么不同螺栓等级的拉力有时各不相同?

常见的原因在于 IDEA StatiCa 软件中所采用的 CBFEM(基于组件的有限元模型)模型。钢板及其他构件的变形作为有限元分析的一部分进行计算,因此撬力随之产生。撬力是额外施加在螺栓上的附加荷载。有关撬力的更多内容,请参阅专题博客文章。

由于撬力的作用,螺栓中的最终拉力可能因节点设计、节点各部分的强度以及所施加的荷载效应不同而存在较大差异。

翅板节点中螺栓的拉力

在大多数情况下,翅板采用单块钢板连接构件。这样做的结果是,节点存在小偏心。该偏心会在钢板上产生附加撬力,从而在螺栓中引起拉力。

若采用双侧翅板且节点对称,则螺栓中的拉力仅由翅板变形引起,因为变形会产生附加偏心。

端板节点中螺栓的较高拉力

端板越薄,在给定荷载效应下的变形越大。这会增大撬力效应,并对螺栓施加附加拉力。若端板较厚且刚度足够,则撬力可被消除。以下通过一个简单示例演示该效应:

a) 端板 - 厚度 10 mm,施加拉力 200 kN

4 根螺栓的合计拉力:61.5 × 4 = 246 kN

b) 端板 - 厚度 40 mm,施加拉力 200 kN

4 根螺栓的合计拉力:49.9 × 4 = 200 kN

不同螺栓等级下螺栓拉力的差异

每种螺栓等级具有不同的工作曲线和不同的屈服强度值。以下以承受弯矩的两根梁的端板节点为例,对比了 M20 螺栓三种不同等级(8.8、10.9 和 5.6)的情况。

在荷载效应较小时,各等级螺栓的最终拉力结果相近。

但当荷载效应导致螺栓承载比较高(螺栓发生塑性化)时,拉力因螺栓等级不同而存在差异。螺栓等级越高,最终拉力越大。

如需了解更多信息,请参阅理论背景及视频录像。