角钢加工角钢单剪连接应用于通信行业

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发布时间：2022-06-14 16:16
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【概要描述】为研究该构件端距与构件承载力之间的关系，对角钢加工角钢单螺栓单剪连接构件进行了试验和有限元分析。本试验采用高强度螺栓和厚连接板连接，检查开孔板的拉承载力。在试验和模型计算结果中，螺栓孔沿纵向伸长，当极限承载力损坏时，试件端部撕裂的区域对应于计算模型的中高应力区域，均为孔两侧和角钢端面。

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一带一路战略为电力行业的全球化发展指明了方向，并对输电线路提出了新的要求。与国内塔荷载增加、电缆着陆趋势不同，沿线国家线路主要为中低压角钢塔。由于计算不采用国内标准，角钢加工角钢主要材料、斜材料和辅助材料可以通过小直径螺栓和缩小螺栓孔端距来取消部分节点板，减轻重量。这种结构设置是国内塔行业多年来没有涉及的内容。

角钢加工角钢单剪连接应用于通信行业，但通信塔的使用理念和承载力裕度不同于输电塔。近年来，国内外学者对单螺栓连接的理论和实验研究大多是双剪连接，其螺栓孔径和螺孔布置与输电塔有很大的不同。欧美标准对单螺栓连接构件的端距和承载力有很大差异，主要针对当地钢材，不便于国内使用。

为研究该构件端距与构件承载力之间的关系，对角钢单螺栓单剪连接构件进行了试验和有限元分析。比较结果验证了有限元模型的准确性，计算了不同端距和边距的构件，并根据试验和模型确定了两种损坏模式的前提。因此，提出了考虑端距和边距影响的拉力承载力的计算方法，为工程应用提供支持。

单孔拉力构件构件试验

进行了四种规格共5个角钢加工角钢的单孔单面连接试验，四肢宽度分别为56、80、90和110mm。角钢均为Q235B钢，名义屈服强度为235mpa。为避免角钢损坏前螺栓损坏，采用高强度M16和M24螺栓拧紧，但不施加额外预紧力。

为试验装置的简要图纸和实物图纸。角钢加工角钢端部用单个螺栓连接到节点板上，节点板厚度大于角钢壁厚。加载装置为W5-687液压通用试验机，夹具夹紧节点板，施加拉力。确认整个装置的传动平稳后，根据角钢截面设置约10kn，加载间隔为1~2min。应变片布置在试件的中间，位移计测量两端的伸长。

根据相关文献，从角钢切割构件在INSTRON1342试验机上进行材料试验。角钢弹性模量E平均为1.8×105mpa，屈服强度fy平均为258mpa，fy/fu平均为0.7。

角钢加工试验采用高强度螺栓和厚连接板连接，检查开孔板的拉承载力。所有试件均无螺栓切割和节点板撕裂损坏。变形主要发生在角钢上，达到极限拉力后端表面的损坏形式。螺栓孔开始加载后，螺栓孔在螺钉挤压下迅速发生塑性变形和纵向伸长。单剪连接的特点和螺孔直径大于螺钉，导致孔壁压力表面应力集中，进入塑性。当试件损坏时，角钢加工角钢螺栓孔部和孔的两侧出现撕裂。在极限状态下，角钢也伴有指向非连接肢方向的凸变形

外部荷载通过螺钉挤压孔壁。螺钉和螺孔为曲面，加载过程中变形较大。因此，角钢、螺栓和节点板采用带中间结点的四面体Solid187单元。根据结构要求，螺纹不能进入剪切面，螺钉不设置螺纹。接触采用Conta174和Targe170单元。材料强度和弹性模量的值与材料试验一致，摩擦系数为0.3。根据螺栓和角钢的尺寸，为了提高接触精度，接触面附近的网格单元尺寸不大于2mm。通过位移加载，角钢加工对角钢远端截面上所有单元的内力积分都得到了相应的拉力。

角钢加工为试件端部损坏，角钢加工为模型计算的端部应力。在试验和模型计算结果中，螺栓孔沿纵向伸长，当极限承载力损坏时，试件端部撕裂的区域对应于计算模型的中高应力区域，均为孔两侧和角钢端面。

根据试验过程中记录伸长率的方法，提取模型中相应位置的伸长率，绘制荷载位移曲线。图6为典型的荷载位移曲线形式（80组件）。加载开始后，材料非线性和几何非线性明显，曲线后半段刚度明显降低。当接近极限承载力时，曲线几乎是水平的，角钢端面在小荷载增量下被破坏。

为模型计算结果与试验承载力的对比，平均相差5.8%，有限元模型在破坏模式和极限承载力方面与试验结果相符。

角钢加工为了保证构件的使用要求和单剪连接的延性需求，各国标准设置了孔的较大变形限值。根据本次试验、有限元计算和文献中的建议，将极限张力时孔伸长的1/3作为螺栓变形限值。此时，荷载位移曲线的斜率开始显著降低，相应荷载约为极限张力的75%，保留了足够的承载力裕度。

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