循环荷载下高强螺栓连接力学模型研究

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高强度螺栓连接凭借其易于装配、连接可靠,在动力荷载作用下不容易松动等优点,广泛应用于大跨度桥梁以及装配式工业与民用建筑工程。作为受力的主要节点,高强度螺栓连接的受力形式多样,接触非线性问题复杂,螺栓连接结构在动力荷载下失效的问题突出,现有对循环荷载下高强度螺栓连接力学模型的研究尚不成熟,对循环荷载作用下高强螺栓连接力学模型的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。高强螺栓连接节点在循环荷载作用下表现出强非线性,对结构整体的动力响应影响显著。循环荷载下螺栓连接有限元建模需要考虑接触非线性,收敛困难,计算效率低;实验研究成本高,周期长。因此,本文在传统的连接接触能量耗散模型和Iwan模型基础上,结合高强螺栓连接不同破坏模式的有限元分析与实验研究,提出了循环荷载下高强螺栓连接的改进力学模型,更加准确地描述螺栓剪切、孔壁承压两种破坏模式的多阶段受力全过程,反映不同受力阶段的能量耗散特性。本文的主要工作及结论如下:(1)建立了循环荷载下高强螺栓连接有限元模型,对比实验结果验证了有限元模型的合理性;分析了不同材料参数、预紧力、摩擦系数等因素对循环荷载下高强螺栓连接力学行为的影响。(2)通过实验研究了循环荷载下高强螺栓剪切破坏和孔壁承压破坏两种破坏模式的特性,分析了两种不同破坏模式的力-位移曲线,揭示了不同破坏模式下高强螺栓连接节点的能量耗散特性。(3)提出了循环荷载下高强螺栓连接的改进力学模型,并通过实验结果对模型的力-位移、能量耗散-力表达式进行无需经过复杂模态分析和方程组求解的参数识别,结果表明,本文提出的模型能准确地描述螺栓剪切、孔壁承压两种破坏模式的受力全过程,反映高强螺栓连接不同受力阶段的能量耗散特性。
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