CN110907163A - 摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置、试件及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置、试件及方法，其中摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置，包括油压千斤顶、设于油压千斤顶下方的压力传感器、设于工作台面上的两个铰辊支座，两个铰辊支座沿油压千斤顶轴线左右对称设置，铰辊支座包括底座以及通过转轴铰接设置在底座上的支撑座，支撑座的上表面为平面；还涉及检测试件以及检测试验方法。本发明在使用的时候，将检测试件放在压力传感器下方，检测试件的两个悬臂段分别搭接设置在对应的铰辊支座上，承压段的中部位于压力传感器的正下方即可，非常方便，两个铰辊支座，可以根据时间的弯曲过程而随动翻转，始终贴合检测试件，且为弯矩的得出提供测量起点，一举两得。

Description

摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置、试件及方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体涉及高强螺栓群摩擦型连接的性能检测装置、检测试件及检测方法。
背景技术
螺栓连接作为钢结构连接一种重要形式，通常采用摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接两种形式。相比承压型高强度螺栓连接，摩擦型高强度螺栓连接具有刚度大、整体性好、耐疲劳不易松动的特点，具有优异力学性能和高度的可靠性，广泛的应用于建筑钢结构领域和机械领域。
对于摩擦型高强度螺栓连接的力学性能，主要为螺栓连接的承载力，而摩擦型高强螺栓连接摩擦面的抗滑移系数是直接影响摩擦型高强螺栓连接承载力的主要因素之一。目前，在《钢结构结构施工质量验收规范》(GB50205)附录B.0.5中对抗滑移系数试验方法有明确的规定，采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件，规范中现有的试验形式中螺栓所受的剪力方向明确，对于单根螺栓受纯剪作用下的抗滑移系数测试有良好的反映。但是现有试验中测量的滑移系数以及得出的连接承载力，与实际的工程中往往存在不小的偏差。
发明内容
经过技术人员不懈努力，找到了产生上述偏差的原因：钢结构工程中螺栓连接往往以螺栓群的方式出现，同时在实际受力上螺栓群也承担了部分弯矩，而现有试验在结构计算中，简支梁模型在梁端是仅承受剪力而不考虑弯矩作用的。现有技术中，缺乏相应的模拟真实场景的摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置、检测试件及检测试验方法。
为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：
摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置，包括油压千斤顶、设于油压千斤顶下方的压力传感器、设于工作台面上的两个铰辊支座，两个所述铰辊支座沿油压千斤顶轴线左右对称设置，所述铰辊支座包括底座以及通过转轴铰接设置在底座上的支撑座，支撑座的上表面为平面。
用于摩擦型高强度螺栓连接性能检测的检测试件，包括两侧的悬臂段和中部的承压段，悬臂段和承压段均为H型截面的钢梁，所述承压段的腹板两侧焊接与腹板垂直设置的加强肋板，加强肋板通过连接结构和悬臂段连接。
优选的，连接结构包括悬臂段伸出的腹板伸出段以及将腹板伸出段和加强肋板固定在一起的自上而下排列的多个螺栓。
优选的，连接结构包括两组连接板和多个螺栓，每组连接板有两个连接板，分别位于悬臂段腹板的两侧且连接板的两端分别通过自上而下排列的至少一排螺栓连接悬臂段腹板和对应的加强肋板。
利用上述试验装置对所述的检测试件进行试验的摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验方法，包括以下步骤：
步骤1、将检测试件放在压力传感器下方，检测试件的两个悬臂段分别搭接设置在对应的铰辊支座上，承压段的中部位于压力传感器的正下方；
步骤2、通过压力传感器测得压力F，得出螺栓群受到向下的剪力V，V＝F/2通过测量铰辊支座的转动中心到螺栓群形心的横向距离L可得出螺栓群所受的弯矩(即扭矩)T；
步骤3、根据公式
Figure BDA0002320627450000021
分别得出某螺栓的沿x方向所受剪力以及沿y方向所受剪力；
并且根据公式
Figure BDA0002320627450000031
得出螺栓群内每根螺栓在剪力V作用下所受平均剪力；最后根据公式
Figure BDA0002320627450000032
得出某螺栓的承载力试验值，
其中：
Figure BDA0002320627450000033
螺栓群在扭矩作用下，某螺栓的沿x方向所受剪力；
Figure BDA0002320627450000034
螺栓群在扭矩作用下，某螺栓的沿y方向所受剪力；
x1：某螺栓与螺栓群形心x向距离；
y1：某螺栓与螺栓群形心y向距离；
r1：某螺栓与螺栓群形心直线距离；
V：螺栓群所受剪力；
n：螺栓群内螺栓的数量；
Nv：螺栓群内每根螺栓在剪力V作用下所受平均剪力。
优选的，所述螺栓上设有压力传感器或电子片，采用电阻应变仪实测出每个螺栓的预拉力数值，然后根据螺栓的承载力试验值＝螺栓的预拉力数值×螺栓抗滑移系数，得出螺栓的抗滑移系数。
本发明的摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置，在使用的时候，将检测试件放在压力传感器下方，检测试件的两个悬臂段分别搭接设置在对应的铰辊支座上，承压段的中部位于压力传感器的正下方即可，非常方便，两个铰辊支座，可以根据时间的弯曲过程而随动翻转，始终贴合检测试件，且为弯矩的得出提供测量起点，一举两得。
用于摩擦型高强度螺栓连接性能检测的检测试件，摆脱了现有规范的束缚，可在试验状态下模拟实际工程力学结构，非常方便。
摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验方法，将现实情况中的弯矩(即扭矩)考虑进去，很好模拟了实际工程状态，并通过测量及计算得出实际工程状态中的螺栓的承载力试验值，并进一步的，得出螺栓的抗滑移系数。
附图说明
图1是本发明实施例中检测试验装置的结构示意图；
图2是本发明中检测试件的一种结构示意图；
图3是图2的俯视结构示意图；
图4是本发明中检测试件的另一种结构示意图；
图5是图4的俯视结构示意图；
图6是图4试件中螺栓受力分析结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的实施例做详细描述。
实施例1
摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置，如图1所示，包括油压千斤顶15、设于油压千斤顶下方的压力传感器16、设于工作台面14上的两个铰辊支座，两个铰辊支座沿油压千斤顶轴线左右对称设置，铰辊支座包括底座19以及通过转轴18铰接设置在底座上的支撑座17，支撑座的上表面为平面。
本实施例的摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置，在使用的时候，将检测试件放在压力传感器下方，检测试件的两个悬臂段2、6分别搭接设置在对应的铰辊支座上，承压段4的中部位于压力传感器的正下方即可，非常方便，两个铰辊支座，可以根据时间的弯曲过程而随动翻转，始终贴合检测试件，且为弯矩的得出提供测量起点，一举两得。
实施例2
用于摩擦型高强度螺栓连接性能检测的检测试件，如图2、3所示，包括两侧的悬臂段2、6和中部的承压段4，悬臂段和承压段均为H型截面的钢梁，承压段的腹板5两侧焊接与腹板垂直设置的加强肋板8，加强肋板通过连接结构和悬臂段连接，连接结构包括悬臂段伸出的腹板伸出段7以及将腹板伸出段7和加强肋板8固定在一起的自上而下排列的多个螺栓3，具体的，腹板伸出段为悬臂段腹板1的延伸，本实施例中每个加强肋板均通过一排螺栓连接，每排螺栓包括5个螺栓3。
实施例3
与实施例2不同的是，如图4、5所示，两侧的悬臂段9、10不含腹板伸出段，连接结构包括两组连接板和多个螺栓12，每组连接板有两个连接板13，分别位于悬臂段腹板的前后两侧，与腹板11平行且连接板的两端分别通过自上而下排列的至少一排螺栓连接悬臂段腹板和对应的加强肋板，本实施例中连接板的两端分别设置两排螺栓连接，每排螺栓自上而下设置四个螺栓12。
实施例4
本实施例中检测试件采用实施例3中的检测试件，即图4、图5中的试件，其他实施例中还可以采用如图2、3所示的检测试件，本实施例中，如图6所示，图6表示与承压段单侧的连接为双排螺栓的情形，选用右上角的1号螺栓为计算对象，图中20为螺栓群的形心。
摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验方法，如图1-6所示，包括以下步骤：
步骤1、将检测试件放在压力传感器下方，检测试件的两个悬臂段分别搭接设置在对应的铰辊支座上，承压段4的中部位于压力传感器16的正下方，为了进一步平衡压力，压力传感器下方还可以设置一个钢制垫板21；
步骤2、通过压力传感器16测得压力F，得出承压段单侧的螺栓群受到向下的剪力V，V＝F/2通过测量铰辊支座的转动中心到螺栓群形心的横向距离L可得出螺栓群所受的弯矩(即扭矩)T，扭矩T＝VL，本实施例中未标出横向距离L，在其他实施例中，比如采用实施例2中的检测试件，如图1-3所示，与承压段单侧的连接为单排螺栓，则横向距离为图1中的L，即横向到该单排螺栓轴线位置；
步骤3、本实施例中，根据公式
Figure BDA0002320627450000061
分别得出一号螺栓的沿x方向所受剪力以及沿y方向所受剪力；
并且根据公式
Figure BDA0002320627450000062
得出螺栓群内每根螺栓在剪力V作用下所受平均剪力；
最后根据公式
Figure BDA0002320627450000063
得出某螺栓的承载力试验值，本实施例中某螺栓指的是附图6中右上角的1号螺栓，
其中：公式中的箭头为所受剪力的方向；
Figure BDA0002320627450000064
螺栓群在扭矩作用下，一号螺栓的沿x方向所受剪力；
Figure BDA0002320627450000065
螺栓群在扭矩作用下，一号螺栓的沿y方向所受剪力；
x1：一号螺栓与螺栓群形心x向距离；
y1：一号螺栓与螺栓群形心y向距离；
r1：一号螺栓与螺栓群形心直线距离；
V：螺栓群所受剪力；
n：螺栓群内螺栓的数量；
Nv：螺栓群内每根螺栓在剪力V作用下所受平均剪力。
在求抗滑移系数时，在螺栓上设压力传感器或电子片，采用电阻应变仪实测出每个螺栓的预拉力数值，预应力数值的测量为现有技术，在此不多赘述，然后根据螺栓的承载力试验值＝螺栓的预拉力数值×螺栓抗滑移系数，得出螺栓的抗滑移系数。
摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验方法，将现实情况中的弯矩(即扭矩)考虑进去，很好模拟了实际工程状态，并通过测量及计算得出实际工程状态中的螺栓的承载力试验值，并进一步的，得出螺栓的抗滑移系数。
需要指出的是，本试验方法对其他种类的摩擦型高强度螺栓连接检测试件,同样适用。

Claims (6)

1.摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验装置，其特征在于：包括油压千斤顶、设于油压千斤顶下方的压力传感器、设于工作台面上的两个铰辊支座，两个所述铰辊支座沿油压千斤顶轴线左右对称设置，所述铰辊支座包括底座以及通过转轴铰接设置在底座上的支撑座，支撑座的上表面为平面。
2.用于摩擦型高强度螺栓连接性能检测的检测试件，其特征在于：包括两侧的悬臂段和中部的承压段，悬臂段和承压段均为H型截面的钢梁，所述承压段的腹板两侧焊接与腹板垂直设置的加强肋板，加强肋板通过连接结构和悬臂段连接。
3.根据权利要求2所述的用于摩擦型高强度螺栓连接性能检测的检测试件，其特征在于：连接结构包括悬臂段伸出的腹板伸出段以及将腹板伸出段和加强肋板固定在一起的自上而下排列的多个螺栓。
4.根据权利要求2所述的用于摩擦型高强度螺栓连接性能检测的检测试件，其特征在于：连接结构包括两组连接板和多个螺栓，每组连接板有两个连接板，分别位于悬臂段腹板的两侧且连接板的两端分别通过自上而下排列的至少一排螺栓连接悬臂段腹板和对应的加强肋板。
5.利用权利要求1所述的试验装置对权利要求3或4所述的检测试件进行试验的摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、将检测试件放在压力传感器下方，检测试件的两个悬臂段分别搭接设置在对应的铰辊支座上，承压段的中部位于压力传感器的正下方；
步骤2、通过压力传感器测得压力F，得出螺栓群受到向下的剪力V，V＝F/2通过测量铰辊支座的转动中心到螺栓群形心的横向距离L可得出螺栓群所受的弯矩(即扭矩)T；
步骤3、根据公式
Figure FDA0002320627440000021
分别得出某螺栓的沿x方向所受剪力以及沿y方向所受剪力；
并且根据公式
Figure FDA0002320627440000022
得出螺栓群内每根螺栓在剪力V作用下所受平均剪力；
最后根据公式
Figure FDA0002320627440000023
得出某螺栓的承载力试验值，
其中：
Figure FDA0002320627440000024
螺栓群在扭矩作用下，某螺栓的沿x方向所受剪力；
Figure FDA0002320627440000025
螺栓群在扭矩作用下，某螺栓的沿y方向所受剪力；
x1：某螺栓与螺栓群形心x向距离；
y1：某螺栓与螺栓群形心y向距离；
r1：某螺栓与螺栓群形心直线距离；
V：螺栓群所受剪力；
n：螺栓群内螺栓的数量；
Nv：螺栓群内每根螺栓在剪力V作用下所受平均剪力。
6.根据权利要求5所述的摩擦型高强度螺栓连接性能检测试验方法，其特征在于：所述螺栓上设有压力传感器或电子片，采用电阻应变仪实测出每个螺栓的预拉力数值，然后根据螺栓的承载力试验值＝螺栓的预拉力数值×螺栓抗滑移系数，得出螺栓的抗滑移系数。
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