螺栓节点 - 剪力与拉力的相互作用

描述

本章的目的是验证CBFEM（基于组件的有限元模型）在螺栓剪力与拉力相互作用方面与解析模型（AM）的一致性。选取带端板和两排螺栓的梁-梁节点进行验证，见图5.5.1。该节点的抗弯刚度足够大，可归类为刚性节点。

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

解析模型

螺栓在剪力与拉力相互作用下的承载力按EN 1993-1-8:2005第3.6.1节表3.4进行设计，采用双线性关系。节点的几何尺寸和端板尺寸的选取以螺栓破坏控制节点设计承载力为原则。受拉等效T形件的设计承载力按EN 1993‑1‑8:2005第6.2.4节表6.2进行计算。

承载力验证

模型参数为螺栓直径和梁截面尺寸，见图5.5.2至5.5.5。端板尺寸和螺栓间距经调整以使节点承载力由螺栓破坏控制。在螺栓破坏荷载下，对节点的抗剪承载力和抗弯承载力进行比较。结果汇总于表5.5.1和5.5.2。

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

表5.5.1 螺栓直径变化的承载力敏感性分析

表5.5.2 梁截面尺寸变化的承载力敏感性分析

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

敏感性分析结果汇总于图5.5.6和5.5.7的图表中。结果表明，两种计算方法之间的差异低于10 %。解析模型通常给出较高的承载力。

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

基准算例

输入参数

连接构件

• 钢材 S355
• 梁 HEA300
• 端板厚度 t_p = 40 mm
• 端板尺寸 300 × 330 mm

螺栓

• 4 × M24 8.8
• 间距 e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

输出结果

• 抗弯设计承载力 M_Rd = 93 kNm
• 抗剪设计承载力 V_Rd = 291 kN
• 破坏模式为螺栓在剪力与拉力相互作用下的破坏