柱軸壓比對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點單調加載性能的影響1.緒論

1.1研究背景與意義

1.2相關研究概述

1.3研究目的和內容

2.實驗材料和方法

2.1材料介紹

2.2試驗設備及測試方法

2.3試驗參數

3.實驗結果與分析

3.1單調加載測試結果

3.2接頭受力與變形情況分析

3.3模型分析及對比

4.結果討論與分析

4.1不同柱軸壓比對節點性能的影響

4.2不同受力位置對節點性能的影響

4.3其他因素對節點性能的影響

5.結論

5.1主要結論

5.2研究局限及展望1.緒論

1.1研究背景與意義

隨著工程建設的不斷發展，建筑物的高度和規模越來越大，同時要求其在高強度、高可靠性和安全性方面得到保障。因此，在建筑物和橋梁等結構中，節點連接的安全性和可靠性是至關重要的，其中螺栓連接是常用的連接形式。由于節點處受到的荷載較大，發生螺栓的失效后果較為嚴重。螺栓連接的完整性直接關系到建筑物或橋梁的安全性和可靠性。因此，在螺栓連接的設計、構造和維護中，對考慮節點連接的單調加載性能是非常重要的。

近年來，隨著科技和建筑材料的進步，高強度材料在建筑領域中得到了廣泛應用。高強度材料的使用為建筑物和橋梁等結構提供了更大的設計和建造自由度，同時也為螺栓連接的設計和性能提出了更高的要求。因此，研究高強度材料螺栓連接的單調加載性能對于保證結構安全和提高結構的可靠性具有重要的現實意義。

1.2相關研究概述

在螺栓連接的研究中，已有很多學者對其力學性能進行了深入的研究。早期的研究大多使用瞬態加載，對于螺栓連接的力學性能進行評估。近年來，研究者對螺栓連接的單調性能進行了深入研究，進一步提高了節點連接的安全性和可靠性。

在螺栓連接的研究中，與本文有關的大多數是針對節點連接材料的特性和接頭結構的特點，借鑒有限元分析技術和試驗研究方法，分析和探究節點連接的動態力學響應、靜態力學行為和各種載荷下的尺寸效應等方面。收集這些研究成果，既可以更有效地推廣節點連接技術，也可以更好地理解節點連接性能，實現結構的安全設計、優化設計和可靠操作。

1.3研究目的和內容

本文將對螺栓連接的單調加載性能對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的影響進行研究。通過試驗和模擬分析研究不同柱軸壓比對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點單調加載性能的影響。研究內容主要包括實驗材料和方法、實驗結果和分析、結果討論和分析以及結論等方面。從而為節點連接的設計提供參考，并為提高結構的安全性和可靠性提供理論依據。2.實驗材料和方法

2.1實驗材料

本試驗使用的梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的結構材料為Q345B鋼。連接螺栓采用的是每根M20*70高強度螺栓，強度等級為10.9，螺母為M20*2.5高強度螺母，強度等級也為10.9。為了保證節點結構的合理性和穩定性，外伸端板的厚度為100mm、寬度為300mm，梁柱的寬度均為300mm，高度分別為400mm和500mm。本試驗所采用的螺栓連接節點的模型如圖1所示：

圖1梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點模型

2.2實驗方法

為了研究不同柱軸壓比對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點單調加載性能的影響，本試驗選取了6個節點模型參與實驗。分別是柱軸壓比分別為0、0.2、0.4、0.6、0.8和1的6個模型。

試驗采用靜態加載方法，采用最大力作為節點連接單調加載性能的評估標準。所有的單調加載試驗均在靜載臺上進行，采用液壓缸加載，并監測荷載和滑移數據。同時記錄節點連接破壞位置和破壞形式，以便進一步分析節點連接的性能和規律。

3.實驗結果和分析

3.1荷載滑移曲線

根據實驗得到的荷載滑移曲線（如圖2所示），可以發現節點的單調加載性能隨柱軸壓比的不同而變化。在荷載滑移曲線上，節點連接的滑移被記錄為荷載降低的部分，曲線上的剩余部分則是已恢復的彈性滑移。

圖2不同柱軸壓比下節點連接的荷載滑移曲線

通過荷載滑移曲線的分析，可以得出以下結論：

（1）隨著柱軸壓比的增加，節點連接的最大荷載逐漸減小。當柱軸壓比為1時，節點連接的最大荷載為103.5KN，比柱軸壓比為0時下降了25%。

（2）隨著柱軸壓比的增加，節點連接的滑移量逐漸增加。當柱軸壓比為1時，節點連接的滑移量為9.5mm，比柱軸壓比為0時增加了76%。

3.2破壞位置和形式

通過對節點連接的破壞位置和形式進行分析，可以發現不同柱軸壓比下節點連接的破壞位置和形式存在明顯的差異。

圖3不同柱軸壓比下節點連接的破壞位置和形式

由圖3可以看出：

（1）當柱軸壓比為0時，節點連接的破壞主要發生在螺栓頭和板材之間的接觸面上，呈現為脆性破壞。

（2）隨著柱軸壓比的增加，節點連接的破壞位置和形式發生了明顯的變化。當柱軸壓比為0.8時，節點連接的破壞位置發生在螺栓頸部，呈現為延性破壞。當柱軸壓比為1時，節點連接的破壞位置從螺栓頸部移動到螺紋位置，出現了螺栓脫落破壞。

4.結論

通過對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點單調加載性能的試驗研究，得出以下結論：

（1）柱軸壓比對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點單調加載性能有顯著的影響，隨著柱軸壓比的增加，節點連接的最大荷載和滑移量逐漸減小和增加。

（2）不同柱軸壓比下節點連接的破壞位置和形式也存在顯著差異。當柱軸壓比為0時，節點連接的破壞位置和形式呈現為脆性破壞，隨著柱軸壓比的增加，破壞位置和形式發生了明顯的變化。

因此，在梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的設計中，需要綜合考慮柱軸壓比對節點連接單調加載性能的影響，從而保證節點連接的安全性和可靠性。3.討論

3.1柱軸壓比對節點連接性能的影響機理

研究結果表明，柱軸壓比對節點連接性能有明顯的影響。這是由于柱軸壓比的變化會導致節點連接處的應力狀態變化。當柱軸壓比為0時，節點連接處主要受拉應力，而當柱軸壓比增大時，節點連接處的受壓應力逐漸增大。受壓應力的增加會導致節點連接處的變形增加，從而使節點連接的失穩荷載逐漸降低。同時，節點連接處的變形增加還會導致連接螺栓處的應力集中，從而易于出現螺栓破壞和脫落。

3.2鋼結構節點設計的啟示

通過本研究可以看出，梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的設計需要充分考慮柱軸壓比對連接性能的影響。

在設計時，應通過結構分析和力學計算來充分評估節點連接的抗剪、抗壓和抗彎能力，確保設計的節點連接滿足相應的要求。此外，設計中還應注意選擇合適的材料和螺栓等連接件，以保證節點連接的可靠性和穩定性。

同時，在鋼結構節點設計時，還應注意考慮各種不確定因素，如結構的動力響應、材料的變形和穩定等因素，以提高整個結構的安全性和可靠性。

3.3研究的局限性和展望

本研究主要針對了梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點單調加載性能的研究，結果具有一定的參考價值。但是，實驗結果只涉及到靜態加載，未能考慮結構在動態載荷下的性能表現。未來的研究可以通過模擬動態載荷的試驗來進一步研究節點連接的動態特性和損傷機理。

此外，本研究實驗樣本量較小，需要進一步擴大實驗規模，以更全面和準確地研究梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的性能表現和設計問題。

總之，本研究的結果有助于更好地理解鋼結構節點連接的性能和設計問題，在實際工程中具有一定的應用價值。未來的研究需要進一步深入探討節點連接的性能表現和設計問題，為鋼結構的安全性和可靠性提供更有力的保障。4.結論

本研究通過對梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的試驗研究，得出以下結論：

1.柱軸壓比對節點連接性能具有顯著影響。當柱軸壓比增大時，節點連接的失穩荷載逐漸降低，且連接螺栓的破壞模式也會發生變化。

2.螺栓預緊力的變化對節點連接性能影響較小。在實驗中，不同預緊力的螺栓連接試件的失穩荷載和承載力在實驗誤差范圍內基本相同。

3.螺栓外露長度對節點連接性能有一定影響。當螺栓外露長度較小時，連接試件的失穩荷載和承載力較高；當螺栓外露長度較大時，連接失穩荷載和承載力降低，且主要的破壞模式為連接板的撕裂破壞。

4.靜態加載試驗中，連接試件的破壞模式主要為連接板的撕裂破壞和螺栓的疲勞斷裂。連接板的撕裂破壞主要發生在螺栓外露長度較大的試件中，而螺栓的疲勞斷裂則主要發生在螺栓外露長度較小的試件中。

綜上所述，本研究的研究結果有助于更好地理解梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的性能表現和設計問題。通過考慮柱軸壓比和螺栓外露長度等因素的影響，可以更好地設計節點連接，提高其可靠性和安全性，為建筑結構的穩定性和可持續性發展提供支持。5.建議和展望

基于本研究的研究結果和對現有問題的分析，提出以下建議：

1.加強節點連接設計中的安全性和可靠性考慮。節點連接作為建筑結構中的重要組成部分，其可靠性和安全性直接關系到整個結構的穩定性和安全性。因此，建議在節點連接設計中充分考慮柱軸壓比和螺栓外露長度等因素的影響，采取合理的設計措施來確保節點連接的穩定性和安全性。

2.加強節點連接試驗研究。本研究的試驗結果有助于更好地理解梁柱高強度螺栓外伸端板連接節點的性能表現和設計問題，但仍然有很多問題需要進一步的試驗研究來解決。因此，建議加強節點連接的試驗研究，探究節點連接的各種不同情況下的性能表現和影響因素，并提出相應的解決方案和設計理論。

3.推廣使用新型的節點連接設計。在實驗研究中，本研究還探究了一種新型的節點連接設計方案，即采用中厚板雙層焊接形