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在《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》，提出了栓焊并用的連接形式，即在一個連接節(jié)點中，摩擦型高強度螺栓連接和角焊縫焊接連接并用，且承受同一剪切荷載作用。這一連接方式能夠很大程度上提高連接的抗剪強度，當(dāng)采用螺栓連接設(shè)計強度不足或是使用荷載增大等情況下，栓焊并用連接是一種有效的加固改造方法。
在《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》中也提到：在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差較大的混合連接方式，但如有根據(jù)可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓共同受力的混合連接。同時還規(guī)定：用焊縫連接加固螺栓時，應(yīng)按焊縫承受全部作用力設(shè)計計算其連接，不考慮焊縫與原有連接件共同工作。
“規(guī)程”征求意見中提出：栓焊并用連接的施工順序為先高強度螺栓緊固，后實施焊接，焊縫形式應(yīng)為貼角焊縫。
本文針對上述加固用栓焊并用連接的受力進行有限元分析，討論了3種不同構(gòu)造形式的合理性及優(yōu)缺點，并對焊縫的高度進行了參數(shù)分析。為這種連接方式的設(shè)計提出了設(shè)計建議。
采用有限元軟件ANSYS對栓焊并用連接進行分析。選定的算例如下：板件采用Q345，板厚12 mm；螺栓選用10.9級M20摩擦型連接高強度螺栓，沿剪力方向布置兩排(共6個)，鋼板做噴砂處理，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017-2003)得到摩擦系數(shù)為0.45。有限元建模時，螺栓間距及端距、焊縫的尺寸等均滿足 “規(guī)范”(GB 50017-2003)的構(gòu)造要求。同時根據(jù)“規(guī)范”(GB 50017-2003)可以計算得到所選模型的螺栓抗滑移承載力設(shè)計值以及焊縫的抗剪承載力設(shè)計值。采用ANSYS提供的solid92和solid95建立三維實體模型。鋼板鋼材塑性段采用隨動強化模型，屈服強度選取標準值345MPa，泊松比v0.3，屈服后彈性模型取屈服前的1/200；而螺栓的材性數(shù)據(jù)采用已有的試驗數(shù)據(jù)。采用E50焊條焊接，焊縫的屈服強度由計算得到，其中焊條的屈服強度，母材的屈服強度，極限強度與焊材取值相同。為了模擬試件的破壞，對焊縫采用三折線模型：在達到屈服強度之后，材料出現(xiàn)上升段，強化剛度為E/100，達到極限強度后出現(xiàn)下降段，剛度為E/100。根據(jù)對稱性只建立1/2模型，并施加對稱約束。由于“規(guī)程”(征求意見稿)中要求栓焊并用連接的施工順序為高強度螺栓緊固，后實施焊接，所以在有限元計算的過程中需要用到ANSYS提供的生死單元的功能，其具體計算步驟如下：1)建立包括焊縫在內(nèi)的完整有限元模型；2)“殺死”焊縫上的所有單元，然后計算螺栓施加預(yù)應(yīng)力的過程；3)“激活”焊縫上的單元，在板端施加荷載。
不同的焊縫形式(側(cè)焊縫、端焊縫、端焊縫和側(cè)焊縫并用)對連接最終的抗剪承載力影響較大。“規(guī)程”(征求意見稿)中針對不同焊縫形式提出了不同的計算公式。在這一部分的計算分析中，焊腳尺寸均采用8 mm。不同焊縫形式栓焊并用連接作用下，受拉板端的荷載一位移曲線，并與“規(guī)程”(征求意見稿)給出的公式進行比較。沒有焊縫情況下，摩擦型連接高強度螺栓抗滑移的荷載位移曲線，并與“規(guī)范”(GB 50017-2003)設(shè)計值進行比較。
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