同济大学钢结构螺栓实验报告

1、高强螺栓抗剪实验姓名：黎武韬学号：1151793指导老师：王伟任课教师：实验日期：罗烈2013年 12月 13 号高强螺栓抗剪实验实验目的：1. 通过试验，培养学生的动手能力及处理数据的能力；2. 通过试验掌握高强螺栓连接抗剪性能试验方法，包括试件设计、 加载装置设计、 测点布置、试验结果整理等方法；3. 通过试验观察高强螺栓连接试件在剪力作用下的破坏过程和破坏模式；4. 将理论极限承载力和实测承载力进行对比，验证摩擦型和承压型螺栓的承载力计算 公式。实验原理高强度螺栓的杆身、螺帽和垫圈都要用抗拉强度很高的钢材制作。螺杆一般采用45 号钢或 40硼钢制成，螺帽和垫圈用 45 号钢制成，且都要经

2、过热处理以提高其强度。高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的。 一般采用扭矩法和扭剪法。 扭矩法是采用 可直接显示扭矩的特制扳手， 根据事先测定的扭矩和螺栓拉力之间的关系施加扭矩，使之达到预定预拉力。 扭剪法是采用扭剪型高强螺栓，该螺栓端部设有梅花头，拧紧螺帽时，靠拧断梅花头切口处截面来控制预拉应力值。采用扭矩法时：TC K P P dK 0.11 : 0.15高强度螺栓连接有摩擦型和承压型两种； 在外力作用下， 螺栓承受剪力或拉力。 现分述 其工作性能：1.高强度螺栓摩擦型连接的抗剪工作性能高强度螺栓安装时将螺栓拧紧， 使螺杆产生预拉力压紧构件接触面， 靠接触面的摩擦力来阻止其相互滑移，以达

3、到传递外力的目的。 高强度螺栓摩擦型连接于普通螺栓连接的重要区别，就是完全不靠螺杆的抗剪和孔壁的承压来传力，而是靠钢板间接触面的摩擦力来传递。2高强度螺栓承压型连接的工作性能高强度螺栓承压型连接的传力特征是剪力超过摩擦型时，构件之间发生相对滑移， 螺杆杆身与孔壁接触，使螺杆受剪和孔壁受压，破坏形式与普通螺栓相同。高强螺栓的设计准则如图 1.1图1.13.单个承压型高强螺栓的抗剪承载力根据钢结构设计规范，对于摩擦型连接:式中：Nb nf PN；0.9nf P传力摩擦面数目摩擦面抗滑移系数P 高强螺栓的预拉力对于承压型连接:Nb1 -VnvNv Min NNc剪面数螺杆直径螺栓抗剪设计强度螺杆直径

4、 同一受力方向承压构件的最小厚度螺栓承压设计强度三、实验设计考虑到试验目的、加载条件及经济承受能力等情况，本试验试件的主要参数如下:1材料参数螺栓级别：10.9螺栓规格：M10被连接板厚度：30mmQ345B盖板厚度：4mm/10mm Q235B连接面：喷砂处理2试件尺寸设计试件尺寸设计如图1.2伽刑/汕 &:再flfl担脏御屮聲C2J5B牛8：”】声卜I_1 -4中-_.*_ *斗-3rS-L'to洞丄以图1.23支座设计本实验中，试件一端固定在反力梁上，一端固定在加载梁上加劲板；被连接板与端板焊接，连接板与端板之间设置劲板，保证端板的刚度，使本连接板内应力分布均匀。如图1.

5、3Ii<bIiIII I，,r 图1.34测点布置本实验测量项目包括荷载、板件位移、板件伸缩量等。测点布置如图1.4D1317(9)02 叩 2)'SS10(1I引9(乌)图1.45加载装置设计采用千斤顶加载。如图1.5图1.56摩擦型连接承载力估算根据钢结构规范Nb 0.9nf P5承压型连接承载力估算Nb1 -Vn ; d2fvb4N bdtfcbbNVmin N；,Ncb6制定加载制度单调加载加载初期:分级加载10%Pu2分钟接近破坏：连续加载卸载阶段：缓慢卸载四、试验准备1.试件截面实测名义截面和实际截面之间有差别，需测被连接板与连接板件宽度、厚度以及螺栓孔直径。 如表4

6、.1和图4.1实测三个截面m'MinJ1111FF1.1.1.j1111 .1->1一-L.*111LI I 'i“叫 0 «表4.1截面实测值实测截面平均值截面1截面2截面3螺栓直径d (mm10.0010.0010.0010.00初始螺栓孔径do (mm13.0013.0013.0013.00试验后螺栓孔径 d1 ( mn)0.00盖板宽度B (mm160.00160.00160.00160.00盖板厚度t (mm3.883.803.933.90图4.12.材料拉伸试验如图4.2可做拉伸实验并得结果如表4.2表4.2盖板屈服强度fy (MPa)267.00图

7、4.2盖板弹性模量 E (MPa)206000.00盖板拉断强度fu(MPa)402.003 设备标定需要标定的设备有千斤顶、油压传感器、位移计、应变片、数据采集板，实际试验中由 专业人员提前做好。4.检查测点如图4.4逐个检查测点是否工作正常位移计正负值对应方向。5J 6(10)a iIS6(B) 02i土图4.45 采用实测截面和实测材料特性估算承载力查资料得M10规格螺栓有效直径de 8.5927mm, Aede257.9895mm2试验过程1摩擦型连接承载力计算0.45 , nf 2 ；P 0.6075fu A 0.6075 402.00 57.9895 14.16kN,Nvb 0.9

8、nf P 0.9 2 0.45 14.16=11.47kNNub 4 Nvb 4 11.47 45.88kN22承压连接承载力计算nv:bv:bc2, t 2 3.38 7.76mm0.30fub 0.30 1040 312MPa,NcbN bv1.26fu 1.26 d2 nv4 dtfcb 10min Nvb,N4 Nvb402 506.52MPa.2 4 312 49.01kN,47.76 506.52 39.30kN,39.30kN.4 39.30 157.20kN6.试件对中 水平放置； 几何对中； 应变对中；7预加载检测设备是否正常工作；检测应变片和位移计； 压紧试件，消除空隙；预

9、加载荷载一般为极限承载力的30% ；根据试验设计，先分级加载，后连续加载。六、实验结果分析1. 荷载滑移曲线根据实验结果，作出荷载-位移关系曲线，如图6.1。图6.1荷载-位移关系曲线分析：由图6.1可知，随着荷载的增大，位移也逐渐增大。当荷载达到170kN左 右时，荷载-位移曲线出现一个平台，说明剪力超过摩擦力，构件之间发生了明 显的相对滑移，剪力超过了高强度螺栓摩擦型连接的抗剪能力。2. 荷载-应变关系曲线螺栓分两排布置，按离连接处的距离，作出同一高度截面处的荷载-应变关系曲线，如图6.2、6.3.Y一应变片4-一应变片5应变片6 -一应变片7 T应变片8 T应变片9图6.2荷载-应变关系曲线1 应变片1 T 应变片2 应变片3 T 应变片10 T 应变片11 T 应变片12图6.3荷载-应变关系曲线250-20050200400600200150100800应变片13应变片14应变片15应变片16应变片17应变片18应变片19应变片20图6.4荷载-应变关系曲线分析：图6.2所示为最靠近连接处的一排螺栓所在截面的荷载 -应变关系，可以 看出，随着荷载的增大，应变也逐渐增大，二者基本呈线性关系，当荷载达到 170kN左右时，出现一个平台，说明剪力超过摩擦力。图6.3、6.4与图6.