钢网架中高强螺栓紧固程度与承载力关系研究

1钢网架中高强螺栓紧固程度与承载力关系研究摘要：设计了5组试件，研究高强度螺栓分别拧入螺栓球不同深度时的球节点承载能力，分析高强螺栓紧固程度对螺栓球节点破坏模式的影响，量化高强螺栓紧固程度与承载能力的函数关系，为处理钢网架工程中经常出现的高强螺栓紧固不到位的问题提供理论依据，也可为相关规范的修订提供参考。近年来，随着人们生活水平不断提高、工业生产、文化、体育等事业不断进步，大大增强了社会对空间结构的需求，而螺栓球节点网架结构在空间结构中占了相当大的比例。螺栓球节点一般由球、高强度螺栓、套筒、紧固螺钉、锥头或封板等零部件组成，用于连接网架和双层网壳等空间结构钢管杆件。根据螺栓球节点连接受力特点可知，受拉杆件主要通过螺栓传递拉力，螺栓为主要受力零件。因此，高强螺栓的连接质量对网架受拉杆件的承载能力有着重要的影响。GB50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》[1]中规定：螺栓球节点网架总拼完成后，高强度螺栓与球节点应紧固连接，高强度螺栓拧入螺栓球内的螺纹长度不应小于1.0d(d为螺栓公称直径)，连接处不应出现有间隙、松动等未拧紧情况。现有的工程实践中[2]，螺栓球节点处的高强螺栓就经常出现未紧固到位的情况，导致连接处出现套筒有间造成结构挠度较大，影响网架安装质量[3]。2对于检测中发现的高强螺栓未紧固到位的情况，此时高强螺栓的承载力能达到多少，是否需要采取加固措施，如何量化钢网架中高强螺栓的紧固程度与承载能力的关系，目前国内外相关文献研究较少。该研究对于钢网架工程的实际意义有：为此类问题的加固处理提供理论依据；为规范的修订提供试验依据。a—情形1；b—情形2。图1高强螺栓未紧固到位2研究内容及方案本次试验采用螺栓球和网架用高强螺栓组合进行拉力试验，为研究网架用高强螺栓拧入螺栓球中的紧固程度与承载能力之间的关系，设计0.4d、0.5d、0.6d、0.7d、0.8d、0.9d、1.0d(分别对应第1～8个试件，其中d为高强螺栓公称直径)。试件规格见表1，试件实物见图2。及破坏模式，对试验数据进行整理和分析，找出高强螺栓紧固程度与承载能力之间的规律，并指导工程应用。试件编号SJ4-3表示第4组试件中的第3件(此时高强螺栓拧入深度0.5d)。3序号试件编号试件数量螺栓球直径D/mm高强螺栓规格1SJ18120M202SJ28120M243SJ38180M304SJ48180M365SJ58180M423试验结果5组试件的试验结果见表2—表6，试件破坏形态见图3—图7。4图2试验前试件实物照片表2SJ1试验结果试件编号螺栓球规格高强螺栓规格螺栓设计拉力/kN拧入深度/d破坏力/kN破坏位置破坏模式SJ1-1SJ1-2SJ1-3SJ1-4SJ1-5SJ1-6SJ1-7SJ1-8D120M20255～3040304050607080910562959139215041939244126352701球球球、栓球、栓球、栓球、栓球、栓栓声音很小，球螺纹脱丝声音低沉，球螺纹脱丝、螺栓个别螺纹破坏声音低沉，球螺纹脱丝、螺栓螺纹破坏明显声音低沉，球螺纹脱丝、螺栓螺纹破坏明显声音低沉，球螺纹脱丝、螺栓螺纹破坏明显声音变大、清脆，球螺纹和螺栓螺纹均明显破坏声音较大、低沉，球螺纹和螺栓螺纹均明显破坏声音响亮、清脆，螺栓断裂表3SJ2试验结果试件编号螺栓球规格高强螺栓规格螺栓设计拉力/kN拧入深度/d破坏力/kN破坏位置破坏模式SJ2-1SJ2-2SJ2-3SJ2-4SJ2-5SJ2-6SJ2-7SJ2-58D120M24367～43803620球声音较小，球螺纹脱丝041098球声音较小，球螺纹脱丝051784球、栓声音低沉，球螺纹脱丝，螺栓个别螺纹破坏062292球、栓声音低沉，球螺纹脱丝，螺栓个别螺纹破坏073043球、栓声音变大、沉闷，球螺纹脱丝，栓少量螺纹破坏083576球、栓声音较大、沉闷，球螺纹脱丝，栓少量螺纹破坏093775球、栓声音较大、较脆，螺栓球和螺栓共同脱丝破坏103954栓声音响亮、清脆，螺栓断裂表4SJ3试验结果试件编号螺栓球规格高强螺栓规格螺栓设计拉力/kN拧入深度/d破坏力/kN破坏位置破坏模式SJ3-1SJ3-2SJ3-3SJ3-4SJ3-5SJ3-6SJ3-7SJ3-8D180M30583～696031827球声音低沉，球螺纹脱丝042567球声音低沉，球螺纹脱丝05331．0球、栓声音低沉，球螺纹脱丝，螺栓个别螺纹破坏064093球、栓声音变大、较响，球螺纹脱丝，栓个别螺纹破坏0746