Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析

q460标准？
答：Q460是一种低合金高强度钢，Q代表钢材的强度，460代表460兆帕，即460N/mm2，其伸长率应大于或等于17%。

这种钢材通常用于大型车辆、机床、煤矿、电站设备、船舶、桥梁、高压锅炉、高压容器、机油泵、柴油机的曲轴、齿轮及大型钢结构等。

Q460的牌号表示方法由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、质量等级符号三个部分组成。

例如：Q460C，其中Q—钢的屈服强度的“屈”字汉语拼音首位字母；460—屈服强度数值，单位MPa；C—质量等级为C级（等级分为C,D,E）。

当需方需要钢板具有厚度方向性能时，则在上述规定的牌号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，例如：Q460CZ15。

在化学成分方面，Q460钢的碳含量C≤0.20%，硅含量Si≤0.60%，锰含量Mn≤1.80%，硫和磷的含量均≤0.030%，此外还有其他合金元素的含量规定。

1 概述螺栓是机载设备设计中常用的联接件之一.其具有结构简单,拆装方便,调整容易等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车以及各种工程结构之中。

在航空机载环境下，由于振动冲击的影响,设备往往产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。

螺栓是否满足强度要求，关系到机载设备的稳定性和安全性.传统力学的解析方法对螺栓进行强度校核，主要是运用力的分解和平移原理，解力学平衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化.没有考虑到连接部件整体性、力的传递途径、部件的局部细节(如应力集中、应力分布)等等。

通过有限元法，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学解析的缺陷.用有限元分析软件MSC。

Patran/MSC。

Nastran提供的特殊单元来模拟螺栓连接，过程更方便，计算更精确,结果更可靠。

因此，有限元在螺栓强度校核中的应用越来越广泛.2 有限元模型的建立对于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点约束单元法和梁元法等。

多点约束单元法(MPC)即采用特殊单元RBE2来模拟螺栓连接.在螺栓连接处，设置其中一节点为从节点(Dependent），另外一个节点为主节点(Independent)。

主从节点之间位移约束关系使得从节点跟随主节点位移变化。

比例因子选为1，使从节点和主节点位移变化协调一致，从而模拟实际工作状态下，螺栓对法兰的连接紧固作用.梁元法模拟即采用两节点梁单元Beam,其能承受拉伸、剪切、扭转。

通过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致.本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。

2.1 几何模型如图1所示组合装配体，底部约束。

两圆筒连接法兰通过8颗螺栓固定.端面受联合载荷作用。

图1 三维几何模型2。

2 单元及网格抽取圆筒壁中性面建模，采用四节点壳元(shell），设置壳元厚度等于实际壁厚。

法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其它可以相对稀疏。

在法兰上下两节点之间建立多点约束单元（RBE2，算例1，图3）或梁元(Beam, 算例2,图4)来模拟该位置处的螺栓连接。

Q460高强钢螺栓抗剪连接承载性能有限元分析郭宏超;皇垚华;李炎隆;刘云贺;简政【摘要】为了更好地发挥高强度钢材的承载性能,保证高强度钢材连接节点的性能和质量至关重要,本文对螺栓预拉力、连接板表面状态、钢材等级及连接板厚度等因素进行了参数分析,并与GB50017、ANSI、EC 3规范理论计算值进行了对比,讨论了不同规范的适用性.结果表明:螺栓预拉力对连接抗剪强度和变形没有影响;抗滑移系数从0.35增加到0.50,连接的变形值减小15.5％,承载力几乎没有提高;钢材屈服强度从345 MPa增加到690 MPa,承载力提高了1.58倍,而变形能力明显降低,延性变差;增加钢板厚度能显著提高连接承载能力,连接的破坏模式由钢板横向撕裂破坏发展为栓杆剪切破坏.%The performance and quality of high strength steel connection node are essential for the better application of the bearing capacity of high strength steel.In order to make a discussion of the application of different standards,the parameter analysis is made to bolt pretension force,the surface state of connecting plate,steel grade and thickness of connecting plate,compared with theoretical calculating value of standard GB500017,ANSI,EC3.The result shows that the bolt pretension force has no effect on shear strength and deformation;if the anti-slip factor increases from 0.35 to 0.50,the deformation value will decrease by15.5％,and the bearing capacity almost has no improvement.If the steel yield strength increases from 345 MPa to 690 MPa,the bearing capacity increases by 1.58 times,but the deformation capacity obviously decreases and the ductility weakens;the connection bearing capacity can beobviously improved by the increase of steel thickness,with the failure in connection caused by crosswise tear of steel plate caused by bolt shear.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2017(033)002【总页数】7页(P180-186)【关键词】高强度钢材;螺栓预拉力;摩擦系数;抗剪性能;折减系数【作者】郭宏超;皇垚华;李炎隆;刘云贺;简政【作者单位】西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;陕西省建筑科学研究院,陕西西安710082;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048;西安理工大学土木建筑工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TU392与普通强度钢材相比,高强度钢材具有材质均匀、刚度大、塑性和韧性好、可靠性高等优点。

Q460等级高强度钢材螺栓抗剪连接孔壁承压性能有限元分析潘斌;石永久;王元清【摘要】运用三维实体有限元数值模拟方法,对9组Q460等级高强度钢材螺栓抗剪连接试验进行材料、几何、接触非线性分析,详细介绍了建立有限元模型的具体方法,给出了极限承载力的求解全过程,提出了影响其模拟精度的重要因素.根据端距、边距和螺栓间距的不同,采用有限元模型模拟出了连接板发生的孔壁承压破坏、净截面破坏等不同的破坏模式,通过有限元分析得到的极限承载力计算值与试验值十分接近.结果表明:建立的有限元模型能够准确模拟高强度钢材孔壁承压性能,选择合适的应力-应变关系和接触刚度是影响计算精度的关键.%A finite element model with three-dimensional solid elements was established to stimulate the bolted connection in nine groups of Q460 grade high strength steels. Non-linear material, geometrical and contact analysis were carried out to predict the load-displacement curves. The model-building procedure and solution programs were introduced in detail. Due to various end distance, edge distance and pitches, different failure modes were observed including end tear-out, bearing resistance and net-section facture. The effectiveness of the performed finite element analysis was verified by the comparison between calculation results and the experiment results. The results show that the finite element model in the paper can simulate bearing resistance of bolted connection in high strength steels. It's found that the appropriate stress-strain relations and contact stiffness are important parameters for accurate prediction.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2012(029)002【总页数】8页(P48-54,95)【关键词】高强度钢材;孔壁承压性能;破坏模态;有限元分析;接触非线性;极限承载力【作者】潘斌;石永久;王元清【作者单位】清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京 100084;清华大学土木工程系,北京 100084;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京 100084;清华大学土木工程系,北京 100084;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京 100084;清华大学土木工程系,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TU3910 引言高强度（Q460级或更高强度）钢材已在实际工程中得到了逐步推广和应用［1］。

Q460高强角钢受压构件稳定承载力研究Q460高强角钢受压构件稳定承载力研究引言：角钢作为一种常用的钢结构材料，广泛应用于建筑工程和工业设备中。

在一些特殊的工程要求下，需要使用高强度的角钢来提高结构的承载能力。

Q460高强角钢是一种新型材料，具有较高的屈服强度和抗拉强度。

本文通过对Q460高强角钢受压构件的稳定承载力进行研究，旨在提高工程结构的稳定性和安全性。

1. Q460高强角钢的材料性能Q460高强角钢是一种低合金高强度结构钢，具有良好的延展性、韧性和抗冲击性。

其屈服强度和抗拉强度较传统的普通角钢更高，能够满足一些特殊工程需求。

此外，Q460高强角钢的焊接性能优良，能够满足工程施工的要求。

2. Q460高强角钢受压构件的稳定承载力理论分析Q460高强角钢受压构件的稳定承载力是指在压力作用下，构件不会发生失稳而破坏的能力。

根据欧拉稳定理论，构件的稳定承载力与其截面形状、材料性能、构件长度和约束条件等因素有关。

3. Q460高强角钢受压构件的稳定承载力试验研究为了验证Q460高强角钢受压构件的稳定承载力，我们进行了一系列压力试验。

首先，选择了不同尺寸和形状的Q460高强角钢作为试验样本。

然后，将试验样本采用压力机进行加载，逐渐增加压力，并观察试验样本在不同压力下的形变情况。

最后，根据试验结果，计算出Q460高强角钢受压构件的稳定承载力。

经过试验研究，我们发现Q460高强角钢受压构件的稳定承载力较普通角钢明显提高。

这是由于Q460高强角钢具有较高的屈服强度和抗拉强度，能够抵抗较大的压力。

此外，Q460高强角钢的截面形状和约束条件也对其稳定承载力有一定影响。

4. 结论Q460高强角钢作为一种新型材料，在提高构件的稳定性和承载能力方面具有显著优势。

通过本文的研究，我们发现Q460高强角钢受压构件的稳定承载力较普通角钢有明显提高。

因此，在工程实践中，可以广泛应用Q460高强角钢来提高建筑和工业设备的结构安全性和可靠性。

分析与验证Q460高强钢轴心受压构件稳定性能摘要：随着钢材生产工艺的进步，现代建筑越来越多采用高强度钢材。

高强度钢材和普通强度钢材相比，在生产加工，残余应力，初始几何缺陷等方面存在差别，故稳定性能也存在差异。

如今的结构设计规范主要针对于普通强度钢结构的理论和试验研究。

在高强度钢材钢结构的力学性能还没有具体的设计理论规范。

本文采用ABAQUS数值模拟和理论分析相结合的方法，结合其他文献试验结果对比，研究Q460高强钢焊接H形轴心受压构件的稳定性能。

关键词：高强度钢材；轴心受压；H型截面；钢材稳定性能；有限元建模分析1引言高强度结构钢材是指强度等级≥460MPa，具备强度高，延性好，加工性能良好的钢材[1]。

国内外对高强钢焊接H形柱轴心受压的力学性能进行研究。

1998年，Sivakumaran与Yuan[2]利用有限元分析与试验研究了高强钢构件的局部失稳。

实验钢材采用4种牌号的H型柱，屈服强度从300到700MPa，结果表明Q700钢不适合现行的设计规范。

2011年，Wang[3]等选择了6根用Q460高强钢制作的焊接H形柱，试验研究其轴心受压极限承载力。

分析试验结果表明，焊接H形柱绕弱轴的稳定系数规律大致符合我国《钢结构设计规范》（GB 50017-2013）里的柱子曲线（b类截面）。

钢压杆既有几何缺陷又有力学缺陷。

几何缺陷主要是因为钢杆件并非直杆，会造成一点初弯曲。

另外，由于组合截面导致荷载作用线和杆件轴线不重合，形成初始偏心。

力学缺陷主要有残余应力和初弯曲两种缺陷。

2本文研究内容利用有限元软件ABAQUS对文献[4]的Q460高强钢焊接H形柱（该文献中试件编号为H-5-55-1，尺寸大小为H 245 x 227.75 x 11.54 x 21.33，L= 3000 mm，试验所得到的Pcr= 4357.5KN）的轴压试验进行数值模拟，并将数值结果与试验结果进行比较验证。

先对结构模型进行屈曲分析，得到试件的特征值和其屈曲模态；接着，对结构试件模型加入初始缺陷和残余应力，再进行构件的非线性屈曲分析。

q460力学参数主题：q460力学参数的研究和应用引言：q460钢材由于其高强度和良好的可塑性，在工程领域中得到广泛运用。

为了更好地应用和设计q460钢材材料，我们需要了解其力学参数，以便在工程实践中更好地进行力学计算和结构设计。

本文旨在深入探讨q460钢材的力学参数，并分析其在工程领域的重要性和应用。

一、q460钢材的力学参数概述q460钢材的力学参数包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、引伸率、冷弯性能等。

弹性模量是材料在弹性阶段内的应力和应变之比，反映了材料的刚度。

屈服强度是材料开始发生塑性变形时所能承受的最大应力。

抗拉强度指材料抗拉断裂时所能承受的最大应力。

引伸率是材料在断裂前段的拉伸变形量。

冷弯性能指材料在冷轧条件下的塑性变形能力。

二、q460钢材的弹性模量1. 弹性模量的定义和计算方法弹性模量是材料在弹性变形阶段内的应力和应变之比，计算公式为E = σ/ε，其中E为弹性模量，σ为应力，ε为应变。

2. q460钢材的弹性模量特性q460钢材的弹性模量相对较高，达到xxx GPa，这决定了q460钢材较高的刚度和抗变形能力。

3. q460钢材弹性模量的影响因素弹性模量受材料成分、结构和加工工艺等因素的影响。

钢材的成分含量、杂质水平以及晶体结构都会对弹性模量产生影响。

三、q460钢材的屈服强度1. 屈服强度的定义和计算方法屈服强度指材料开始发生塑性变形时所能承受的最大应力，常用符号表示为σy。

通常通过材料的拉伸试验来测定屈服强度。

2. q460钢材的屈服强度特性q460钢材的屈服强度相对较高，通常可以达到xxx MPa，这决定了其在工程领域中广泛应用的能力。

3. q460钢材屈服强度的影响因素屈服强度受材料成分、制备工艺和材料的热处理等因素的影响。

钢材的化学成分、冷却速率和晶体结构等都会影响屈服强度的大小。

四、q460钢材的抗拉强度1. 抗拉强度的定义和计算方法抗拉强度指材料抗拉断裂时所能承受的最大应力，常用符号表示为σU。

Q460NC低合金高强钢焊接组织与性能分析发布时间：2021-05-31T09:55:41.023Z 来源：《基层建设》2020年第30期作者：陈孝程[导读] 摘要：本文通过厚度12mm的Q460NC在预热温度60℃的条件下，对ER50-6、H08MnMoA和ER69-1三种焊丝的焊接接头组织、力学性能进行研究，并选用力学性能最优的一种焊丝作为焊接材料，将选用的焊接工艺作为实际焊接参考的焊接参数。

中石化长输油气管道检测有限公司江苏徐州 221008摘要：本文通过厚度12mm的Q460NC在预热温度60℃的条件下，对ER50-6、H08MnMoA和ER69-1三种焊丝的焊接接头组织、力学性能进行研究，并选用力学性能最优的一种焊丝作为焊接材料，将选用的焊接工艺作为实际焊接参考的焊接参数。

关键词：低合金；焊接；组织；性能 1MAG焊对接接头焊接试验1.1Q460NC钢母材组织如图1所示为Q460NC低合金高强度钢的母材组织，图中的黑色条带状组织为珠光体，图中白色的条带状组织为铁素体。

铁素体和珠光体在轧制的作用下沿着轧制方向形成了平行交替的带状组织。

铁素体形成的白色带状组织为贫碳区，之后在碳及合金元素富集的铁素体边缘富碳区形成珠光体带。

这就形成了贫碳区和富碳区彼此交替堆叠的带状组织。

贫碳区的铁素体组织强度较低，塑性较好；富碳区的珠光体组织强度较高，条带之间力学性能相差较大。

1.2Q460NC母材力学性能通过实验测试Q460NC母材力学性能如表1，表2所示。

图1Q460NC母材组织表1Q460NC母材室温拉伸试验结果国家标准GB/T1591-2018《低合金高强度结构钢》中规定厚度12mm的Q460NC的屈服强度ReH≥460MPa，抗拉强度Rm的规定值在530-710MPa之间，断后伸长率A≥17%。

表-1中的实验数据表明该钢材拉伸性能符合国家标准的要求。

表2Q460NC母材冲击试验结果由表2表明该钢材冲击功符合国家标准要求。

Q460高强钢双杆钢管杆真型试验分析摘要：对Q460高强钢双杆钢管杆进行真型试验，旨在验证设计的合理及安全可靠，并为多杆钢管杆的设计给出建议。

首先对国内外的研究现状进行了介绍，其次给出了本试验塔的法兰螺栓和宽厚比所采用的计算公式，然后介绍了试验的工况、位移和应变测点的布置等。

试验结果表明：位移满足规范规定的变形要求，应变满足构件承载力要求，说明试验杆的强度和刚度均满足设计要求，并有一定的安全储备；同时节点构造和法兰连接也都安全可靠。

最后，建议对方形法兰进行节点试验和有限元分析，同时注意杆顶挠度要求。

关键词：Q460高强钢；双杆钢管杆；真型试验；法兰；宽厚比1 引言近年来我国电力事业高速发展，电网不断升级，输电线路向高电压、大容量、多回路发展，致使输电塔型越来越大，承受荷载也越来越大，对输电塔的结构设计、钢材选用提出了更高要求[1]。

对于城市电网建设，杆型主要以单杆钢管杆为主，多用于220kV及其以下工程中，钢材材质以Q345为主，个别工程应用了Q420[2]，对于Q460高强钢双杆钢管杆，尚未见到研究应用报道。

GSZ451钢管杆是虎门滨海大道线路迁改工程中规划的一个直线杆，采用双杆椭圆型截面布置；杆身主材采用Q460高强钢，横担和法兰采用Q345钢材；主杆法兰为椭圆型，双杆之间的连接横梁法兰为方形。

为了检验Q460高强钢钢管杆在各种主要荷载工况下受力杆件理论计算值和实际受力值的符合性，验证塔型设计方案的合理性以及塔型结构、节点构造和连接法兰的安全可靠性，2011年7月28—29日，在中国电力科学研究院良乡试验基地，对GSZ451钢管杆行了真型试验。

本次试验的另外一个重点是椭圆型截面的长直边宽厚比、椭圆型法兰及方形法兰的受力与变形，验证其理论计算与构造是否能满足要求。

国内外对于法兰连接的研究和应用较多，但大多局限于圆形法兰连接[3]，对于方形法兰及椭圆型法兰的研究文献较少。

Willibald等[4-5]对方形柔性法兰在轴力作用下受力性能进行了试验研究，提出了减少撬力的措施。

诫验■栓测螺栓双剪试验有限元分析□李艳1口冯德荣2口李召华11.空军工程大学航空机务士官学校航空修理工程系河南信阳4640002.河南航天精工制造有限公司河南信阳464000摘要：剪切强度是判断螺栓能否应用于实际工程的重要力学性能指标。

为使新设计的螺栓满足所规定的剪切强度要求，需要对螺栓进行双剪试验。

应用有限元软件建立螺栓和上下刀片的三维有限元模型,分析螺栓双剪试验过程中的应力、应变变化,得到螺栓剪断时的剪切力变化趋势。

将有限元分析数据与试验数据进行对比，验证有限元分析结果的可靠性。

关键词：螺栓双剪有限元分析中图分类号：TH114文献标志码：A文章编号$1000-4998(2021)02-0075-04Abstract:Shear strength is an ispo—ant mechanical performance index to judge whether the bolt con bc applied to the practical enginee—ng.In order to make the newly designed bolt meets the specified shear strength requirements%the bolt needs to bc subjected to a double shear test.The Units element so/wpc was used to establish the3D Units element model of the bolt and the upper and lower blades,and the stress and strain changes du—ng the bolt double shear test were analyzed,and the changing Wend of shear force when the bolt was sheared was obtained.The Units element analysis date was compared with the Wst date to ve—S the —liability of the—suits obtained by Units element analysis .Keywords:Bolt Double Shear Test Finitr Elemeet Analysis1分析背景螺栓是一种广泛应用于机械设备、建筑：程、航空装备等结构连接部位的重要紧固件⑴，可性:接影响：程设备的性能。

Q460高强钢管径厚比限值试验研究邢海军;高渊;朱彬荣【摘要】If the diameter-thickness ratio of steel lubes exceeds a certain limit, local buckling will occur before overall buckling in steel components under pressure, which makes the steel components loose the whole-area weight bearing capability and accelerates the overall instability process. The application of sled tubes with large diameter-thickness ratio in transmission lines is mainly limited by the diameter-thickness ratio. By comparison between domestic and international standards, compression tests on 18 sets of steel axial components and theoretical analysis, the internal relationships between the diameter-thickness ratio, the slendemess ratio and the weight bearing capacity are analyzed in detail. The limitation of diameter-thickness ratio for Q460 steel lubes is put forward, which could provide guidance fur the current design of transmission line steel lowers.%当钢管的径厚比超过一定限值时,钢管构件受压时局部屈曲先于整体稳定破坏,使构件不能全面积承载,从而会加速构件整体失稳而丧失承载能力.输电线路中对于大径厚比钢管使用的限制主要以径厚比限值来实现.通过国内外规范对比、18组钢管构件轴心受压试验和理论分析相结合的方法,研究分析了Q460钢管径厚比及其长细比与钢管承载力的内在关系,并得到Q460钢管径厚比限值,该限值的试验验证对目前输电线路钢管塔设计具有指导意义.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2012(045)008【总页数】5页(P32-36)【关键词】径厚比限值;Q460高强钢管;长细比;强度折减系数;失稳破坏【作者】邢海军;高渊;朱彬荣【作者单位】中国电力科学研究院,北京 100055;中国电力科学研究院,北京100055;中国电力科学研究院,北京 100055【正文语种】中文【中图分类】TM753为适应电网的发展趋势和需求，输电线路输送容量及电压等级不断提高，杆塔荷载与塔重不断增加，在大荷载杆塔中应用钢管塔是必然选择。

高强螺栓轴心抗剪连接性能分析!郑"悦1"赵"伟.!1-浙江大学城市学院土木系"杭州"N 1//16#.-浙江树人大学城建学院"杭州"N 1//16$摘"要!采用三维实体单元和接触单元!对承受轴心剪力的高强螺栓连接的性能进行研究!得出各螺栓外加拉力H 螺栓剪力曲线和滑移曲线等"研究表明#各螺栓的剪力分布是中心小两头大!但并非按螺栓群中心完全对称分布$摩擦型螺栓群!剪力分布不均匀程度较大!但是在滑移发生时各螺栓分担剪力基本相等$滑移发生后螺栓群剪力分布又向不均匀发展!但是不均匀程度下降$螺栓内预拉力在外加拉力作用下会因板件泊松比效应和栓杆承压后的挤长效应发生松弛而减小"研究了螺栓间距%螺栓个数%预拉力大小%栓杆长度和板宽度对螺栓剪力的影响"关键词!高强螺栓连接$有限元分析$螺栓抗剪)$)/’(+(.3("#)%0#")*+.%.$"+&"4(!%#$&!"0./!05!!1.$$#1!+.$(($%&’5"%1"($),!%+.&1-Z #G <)"F #’"&8%,9,$:’7,’##),’7!‘;#a ,<’7?’,9#)(,">%,">%&$$#7#!@<’7c ;&*N 1//16!%;,’<$.-%&$$#7#&8?)A <’%&’(")*+",&’!‘;#a ,<’7!;*)#’?’,9#)(,">!@<’7c ;&*N 1//16!%;,’<’)0(!%)1!#C ;,(("*E >G )#(#’"(<";)##H E ,F #’(,&’<$&N Z ’(&$,E#$#F #’"<’E+&’"<+"#$#F #’""&("*E >’*F #),+<$$>";#A *""+&’’#+",&’I ,";;,7;(")#’7";A &$"(-V #$<",&’(&8A &$"(;#<)<’E ($,G E#8&)F <",&’"&#M "#)’<$<M ,<$8&)+#<)#&A "<,’#E -B ",()#9#<$#E";<"";#E ,("),A *",&’&8(;#<)8&)+#(<F &’7A &$"(,(’&"*’,8&)F !$<)7#)<""I &#’E (<’E (F <$$#),’";#F ,E E $#&8";#A &$"7)&*G -J *"<"";#F &F #’"";#($,G &++*)(!A 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.//N(钢结构设计规范)*1+已经给出了摩擦型和承压型连接高强螺栓的抗剪承载力计算公式"并对其抗滑移系数和预拉力作了明确规定%对图1所示的两端承受轴心拉力的高强螺栓抗剪连接"当处在弹性工作阶段时"螺栓群沿外力作用方向受力不均匀"如图.所示"为沿螺栓群中心对称分布%连接两端的螺栓受力最大"各螺栓受力向中间依次逐渐减小"且连接长度愈大"不均匀受力的情况就愈甚%当进入塑性阶段"各螺栓受力逐渐趋向均匀%考虑到这种不均匀分布*.H N +"我国设计规范规定&在构件的节点处或拼接接头的一端当螺栓或铆钉沿受力方向的连接长度<1’164/时"应将螺栓或铆钉的承载力设计值乘以折减系数&&&d 1-1T <116/4/&/-O !1$式中&<1为从连接一端的第一个螺栓到最末一个螺栓的中心距离"当<1’5/4/时取折减系数为/-O #4/为螺栓孔直径%图1"高强螺栓受剪连接示意""但国外的一些规范"如英国钢桥规范!J !63//$*3+和国际标准化组织B ![,C %15O ,!%B 100.*6+等规定类似图."各螺栓剪力大小分布示意的折减系数不适用于摩擦型连接高强螺栓$由于高强螺栓传力的复杂性#当螺栓间距%螺栓个数%预拉力大小%栓杆长度和板宽度等不同时#每个高强螺栓承受的剪力可能与图.所示的情况有所不同#甚至有很大差异$为有助于更好地进行高强螺栓的设计#本文对高强螺栓的轴心抗剪连接性能#例如摩擦型高强螺栓内拉力在整个受力过程中的变化#孔壁承压后的变化及对摩擦面的滑移进行了细致研究$9"计算模型考虑试件受力和构造的对称性#取其一半作为计算模型来分析高强螺栓的受力特点#计算模型如图N <所示#螺栓模型如图N A 所示$其中连接区以外的钢板用R 结点六面体单元!!&$,E36"&连接区盖板%芯板和螺栓采用./结点六面体单元!!&$,E06"#盖板和芯板之间%螺母及螺帽与盖板之间%螺栓杆与孔壁之间均设置了三维目标单元!C <)7#1O /"和接触单元!%&’"<+1O 3"#并采用W )#"(1O 0单元模拟高强螺栓中的预拉力$随动强化模型#服从Y ,(#(材料屈服准则#其中钢板为b N 36HJ #屈服强度取为N 36Y W <#理想弹塑性模型#螺栓均为Y 15的1/-0!高强螺栓#屈服强度取为03/Y W <#抗拉强度取为1/6/Y W <#钢板和螺栓的应力H 应变关系分别如图3<和图3A 所示’5H O ($各模型主要几何尺寸见表1$<T 1).模型&A T 螺栓模型图N "有限元模型!6个螺栓"<T 钢板应力H 应变模型&A T 高强螺栓应力H 应变模型图3"材料应力H 应变关系表9"主要几何尺寸模型螺栓数量)个盖板厚度)F F 芯板厚度)F F 板宽)F F 螺栓直径)F F 螺栓间距)F F 螺栓端距)F F 预拉力值)L 4备注D O 13.R .//15R /6/1//强板件弱螺栓J 1O 13.R .//1511/6/1//强板件弱螺栓J .O 13.R .//1513/6/1//强板件弱螺栓%N 13.R .//15R /6/1//强板件弱螺栓Z 613.R .//15R /6/1//强板件弱螺栓:013.R .//15R /6/1//强板件弱螺栓=O 13.R .//151./6/6/强板件弱螺栓S O 1/././/151./6/1//强螺栓弱板件@O1/./R /151./6/1//强螺栓弱板件:"基本模型分析!模型)"图6为模型D 一侧的O 颗螺栓剪力随外加拉力的变化曲线#图中横坐标为外加拉力除以螺栓个数#纵坐标为各螺栓承受的剪力$由图6可知*1"在初始阶段!产生滑移前"#各螺栓的剪力大小很不平均#两端大中间小$."随着外加拉力增加#两端螺栓承受的剪力首先达到自身抗滑移的能力后!图6中编号为1和O 的曲线"#螺栓承担的剪力不再增大#位于中间的螺栓承担的剪力增加速度加快!图6中编号为N !3!6的曲线"!各螺栓的剪力值趋于相等#N"在外加拉力达到螺栓群总的抗滑移剪力后!摩擦面出现滑移!螺栓的栓杆与螺孔孔壁接触承压!此后!各螺栓分担的剪力再次出现两端大$中间小的现象!但是不均匀程度下降!随外加拉力的增加!各螺栓分担的剪力基本呈线性变化#3"在外加拉力达到螺栓栓杆截面抗剪承载力极限状态时!各螺栓分担的剪力再次趋向均匀分布#图6所示的曲线显示!所有螺栓外拉力H 螺栓剪力曲线均通过点%R /!R /"附近区域!这表明滑移是整体的&开始受力较大的1号和O 号螺栓在相当长的时间内剪力不变!这表明!对于摩擦型高强螺栓的抗剪计算!可以按照英国标准的规定!不对摩擦抗剪承载力进行螺栓群长度效应的折减#图5为外加拉力值达单个高强螺栓摩擦和承压抗剪设计值的O 倍时!各螺栓承受的剪力示意#图中摩擦型和承压型对应的值分别代表单个螺栓按摩擦型和承压型%即不施加预拉力"计算的抗剪承载力&而折减对应的值表示单个螺栓的承载力设计值乘以由式%1"求得的折减系数%&d /-01O "后得到的对应外荷载#由图5可知’1"当外加拉力达单个摩擦型高强螺栓按照抗滑移计算的抗剪承载力设计值时!螺栓群中各螺栓受力不相等!两端大而中间小!且沿螺栓群中心%3号螺栓"近似对称分布#."随着外加拉力的增加!在外拉力达到螺栓栓杆本身的抗剪极限承载力时!各螺栓承受的剪力趋于平均!但两端大中间小的趋势不变#N "外加拉力达承压型连接高强螺栓抗剪承载力设计值时!各螺栓剪力分布趋势不变!但变化曲线较为平滑#而当各螺栓临近破坏时!端部的O 号螺栓承受的剪力开始小于其他5颗螺栓!并一直持续到破坏#在极限状态下!螺栓的平均剪力超过螺栓栓杆本身的抗剪极限承载力!这是因为此时还有摩擦力存在#但是可以看出!极限承载力超出栓杆抗剪极限承载力很少#由图5可知!在折减后荷载作用下!螺栓群中最大剪力值分别为R /-OL 4%摩擦型"和1.5-5L 4%承压型"!而单个螺栓的设计值分别为O .L 4%摩擦型"和1.3-5L 4%承压型!螺栓剪断"#这表明当高强螺栓按摩擦型连接进行设计时!此节点最端部的螺栓已经达到抗滑移的最大剪力#再增加荷载!端部螺栓的剪力不再增大!而中间螺栓剪力增加#图O 为各螺栓分担的由摩擦面传递的剪力和由承压面传递的剪力随外加拉力的变化曲线#由图O 图6"各螺栓剪力变化曲线图5"设计值时各螺栓剪力分布图O "各螺栓剪力变化曲线可知!在初始阶段!由于螺栓中预拉力的存在!靠钢板间的摩擦力传递剪力&当外加拉力超过由预拉力产生的最大摩擦力时!R /L 4"#螺栓开始滑动#承压面开始传力#但此时仍然以摩擦传力为主#而随着螺栓滑移距离的增加#承压面传递的剪力快速增大#摩擦面传递的剪力减小#摩擦力减小的原因下面说明$图R 为外加平均拉力为.//L 4时#各螺栓承受剪力的分布$由图R 可知#各螺栓中承受的总剪力分布仍然是两头大而中间小#由承压面传递的剪力也是这种分布#但由摩擦面传递的剪力呈现出两头小中间大的分布$当外加拉力为.//L 4时#螺栓群中由摩擦面传递的和由承压面传递的平均剪力分别占总剪力的比例为.0-6Q 和O /-6Q $由图R 可知#在摩擦承载力设计值对应的外荷载下#O 号螺栓的剪力值小于1号螺栓#而5号螺栓的剪力值大于.号螺栓$O 号螺栓剪力值较低的原因是由于两块盖板与芯板不在同一高度#在外加拉力作用下#外侧盖板受弯#且盖板端部有翘起的趋势$因此#盖板端部的接触压力变小#从而摩擦力变小$1T 摩擦面%.T 承压面%N T 总剪力图R "各螺栓剪力分布!=d .//L 4"图0为盖板与芯板连接面1号&3号和O 号螺栓孔边缘点滑移变化$其中每个螺栓孔两边各取一个点#称为左点和右点#点均取自芯板上$当承受外加拉力时#栓孔左受压#而右受拉$如图0<所示#在外加平均拉力小于单个螺栓摩擦抗剪承载力时#各点的滑移值均较小#但不为零#且由图0A 可知#中间螺栓的滑移值最小#而1号螺栓的最大#这也表明#在外加拉力较小时#各螺栓的受力不均匀$当外力超过摩擦设计值时#滑移值从约小于/-1F F 跳跃到大于/-O 6F F #这表明孔壁开始承压$外力继续增加#滑移值也开始按照一定的斜率增加#这使得孔壁和螺杆接触区域由小变大#当外加拉力超过承压设计值时#各螺栓左点的滑移值基本不再增加$而右侧点的滑移值增大速率加快#且O 号螺栓的滑移值明显大于其他两颗螺栓#最后O 号螺栓右侧点的滑移值已达5F F #这是由于O 号螺栓处芯板承受<T 左右侧点%A T 左侧点!放大图"1T 1左%.T 1右%N T 3左%3T 3右%6T O 左%5T O 右图0"连接面滑移曲线拉力最大的缘故$在后期#孔右侧的点滑移更大#可以用材料屈服来解释’右侧处于纵向受拉&厚度方向因为预拉力减小和栓杆弯曲&接触面压力减小$左侧则因为直接的孔壁接触处于纵向受压&厚度方向虽因为栓杆拉力的减小而压力减小#但是因为栓杆弯曲方向的缘故仍然处在一定的压力之下#按照Y ,(#(屈服准则#拉压应力下的钢材比压压应力下的钢材更易屈服#因此芯板螺孔右侧的钢材更易屈服$图1/"螺栓预紧力变化图1/为两端和中间螺栓预紧力随外加拉力的变化曲线$由图1/可知#当外加拉力较小时!小于1.6L 4"#螺栓中的预紧力虽有减小#但下降的数值小于标准预紧力的6Q $而随着外加拉力的增加#螺栓中的预拉力开始显著下降!其中两端螺栓的预紧力下降更快!模型破坏时!O 号螺栓的预紧力最小!仅有66-RL 4!约为标准预紧力的一半"螺栓预紧力降低的原因是#1$板纵向受拉后!厚度方向因泊松比效应而减薄!使得预拉应变释放"图1/中显示的螺栓群一开始受力就发生螺栓预拉力下降的现象就是这个原因".$在滑移发生%螺栓和孔壁接触后!螺杆壁产生很大挤压应力!因为泊松比效应!栓杆被挤长而松弛!预拉力减小"这部分的下降因为应力集中在受力面很小的栓杆上!导致横向挤压应力大!泊松比效应也大!所以孔壁承压后!螺栓杆拉力下降较快"<"螺栓剪力影响因素分析<;9"螺栓间距的影响为考察螺栓间距对各螺栓承受剪力的影响!取模型D %J 1和J .进行分析!其螺栓的间距分别为R /!11/!13/F F "图11为模型D %J 1和J .各螺栓承载力设计值下的剪力分布"由图11知!当按摩擦型连接螺栓设计时!在不同螺栓间距下!各螺栓的剪力分布形式不变!且除中心3号螺栓外!螺栓的剪力值相差不大!而3号螺栓的剪力随螺栓间距的增大而减小"这表明搭接长度越大!端部螺栓和中心螺栓的剪力比值越大!这与文献&.’的研究相符"而按承压型连接进行设计时!模型端部螺栓的剪力值随螺栓间距的增大而增大!而中部各螺栓的剪力均随螺栓间距的增加而减小!其中中心螺栓减小的幅度最大"图1.为模型D %J 1和J .各螺栓在滑移前后的剪力分布"由图1.可知!螺栓滑移前!各螺栓剪力趋于均匀!螺栓的最大剪力差值在6Q 以内!且螺栓间距越大!差值越小!原因是螺栓间距越大!连接长度(<1$越大!弯曲效应越小)而滑移后!N 个模型的螺栓剪力均出现两头大中间小的马鞍状分布!且螺栓间距越大两端螺栓剪力越大!而中心螺栓剪力越小!原因是螺栓间距较大时!两端螺栓与孔壁接触时!中心螺栓还未与孔壁接触!承受的剪力将不会增加"<;:"螺栓数量的影响为考察不同螺栓数量对各螺栓承受剪力的影响!对模型%%Z %D 和:进行了研究!模型一侧螺栓个数分别为N 颗%6颗%O 颗和0颗"图1N 为摩擦型和承压型连接承载力设计值下各螺栓剪力分布"由图1N 可知!除最外侧螺栓外!其他螺栓的剪力分布与O 个螺栓时的相同!但随着螺栓个数的增加!端部图11"栓距不同时各螺栓剪力分布图1."栓距不同时各螺栓剪力变化曲线<T 摩擦设计值)A T 承压设计值1T N 颗螺栓).T 6颗螺栓)N T O 颗螺栓)3T 0颗螺栓图1N "螺栓剪力(不同数量$分布示意螺栓与中心螺栓的剪力差值增大$出现这种现象的原因是连接的搭接长度随着螺栓个数的增加而加长$表.给出了螺栓平均剪力达到摩擦抗力设计值时和承压抗力设计值时#中间剪力与端部剪力的比值$由表.可知#该比值随螺栓数量的增加而增大#且达到摩擦抗力设计值时的比值均大于达到承压抗力设计值时的比值$<;<"螺栓预拉力值的影响为考察螺栓预拉力对螺栓承受剪力的影响#对模型D 和模型=进行比较#模型D 和模型=的螺栓预紧力分别为1//L 4和6/L 4$图13为模型D 和模型=端部1号和中心3号螺栓剪力变化$由图13可知#预拉力的大小对仅靠摩擦传力的阶段具有显著影响#而当承压面开始受力后#螺栓预紧力的大小对各螺栓承受的剪力基本没有影响$螺栓预紧力越大#滑移荷载越大%R &#且在滑移荷载前#各螺栓间的剪力差值越大$因此#改变螺栓的预紧力可改变滑移荷载而不影响其他性能$1TD H 1’.TD H 3’N T=H 1’3T=H 3图13"模型D 和模型=螺栓剪力分布表:"剪力比值螺栓个数中间剪力端部剪力<1(F F N 1-1/!1^/N "15/61-.3!1^11"N ./O 1-N N !1^1R "3R /01^30!1^.0"53/""注)括号外数值为螺栓平均剪力达摩擦抗力设计值时的剪力比’括号内数值为螺栓平均剪力达栓杆抗剪承载力设计值时的剪力比$<;>"栓杆长度的影响为考察螺栓长度对各螺栓承受剪力的影响#对模型D 和模型S 螺栓的抗剪性能进行了分析$其中模型D 和模型S 的板叠厚度分别为65F F 和3/F F $图16为模型D 和模型S 端部1号和中心3号螺栓剪力变化$由图16可知#在摩擦传力阶段#螺杆长度对螺栓承受的剪力基本没有影响$而当螺杆承压后#螺栓杆长度对端部螺栓影响较为明显#其中螺杆越长#端部螺栓受到的剪力越小#而中心的螺栓受力基本不受螺杆长度的影响$1TD H 1’.TD H 3’N TS H 1’3TS H 3图16"模型D 和模型S 螺栓剪力分布<;A "板宽度的影响为考察板宽度对各螺栓承受剪力的影响#对模型S 和模型@的螺栓抗剪性能进行了分析$其中模型S 和模型@的板宽分别为.//F F 和R /F F #其他相同$尽管模型S 和模型@均为钢板净截面受拉破坏#但模型S 破坏时栓杆已经承压#而模型@破坏时#螺栓还未滑移$图15为不同预拉力下端部1号和中心3号螺栓剪力变化$由图15可知#板宽度对摩擦传力阶段的螺栓承受剪力的大小有很大影响#板宽度越小#端部螺栓承受的剪力越大#而中部螺栓承受的剪力越小$这表明各螺栓剪力的分布与板的宽度也存在一定关系$1TS H 1’.TS H 3’N T@H 1’3T@H 3图15"模型S 和模型@螺栓剪力分布>"结"论1"在轴心剪力作用下#各螺栓的剪力分布是中心小两头大#并非按螺栓群中心完全对称分布$."在滑移发生时#各螺栓分担的剪力趋于均匀$因此#螺栓群抗剪计算可以不考虑连接长度的承载力折减$N"对摩擦型连接和承压型连接对应的承载力设计值!本文给出了螺栓群最大剪力和最小剪力的比值"3#螺栓群中螺栓内预拉力在外加拉力作用下会减小!而且在孔壁承压发生后!预拉力下降的速度加快!在栓杆抗剪极限状态下!预拉力下降约6/Q"6#在栓杆抗剪极限状态下!摩擦力占总剪力的比例仍然可以达到16Q!在规范计算的承压承载力设计值下!摩擦力可以占总剪力的6/Q以上"参考文献$1%"S J6//1O T.//N"钢结构设计规范$!%-$.%"陈绍蕃-钢结构设计原理$Y%-北京&科学技术出版社!100R-$N%"夏志斌!姚谏-钢结构’’’原理与设计$Y%-北京&中国建筑工业出版社!.//3-$3%"J!63//-!"##$%&’+)#"#<’E%&F G&(,"#J),E7#(!W<)"N!%&E# &8Z#(,7’&8!"##$J),E7#($!%-$6%"B![(C%15O(!%1-!"##$!")*+"*)#(!Y<"#),<$(<’EZ#(,7’$!%-%&F F,""##Z)<8"1/O.1-100.^$5%"赵伟!童根树-加劲C形件螺栓连接有限元分析$P%-工业建筑!.//R!N R)5#&515H5./-$O%"童根树^钢结构设计方法$Y%-北京&中国建筑工业出版社!.//O-$R%"李启才!顾强!苏明周!等^摩擦型高强螺栓连接性能的试验研究$P%-西安科技学院学报!.//N!.N)N#&N..H N.3-$0%"王群-钢结构高强度螺栓连接应用范围的探讨$P%-钢结构!.//O!..)0#&O5H O R-$1/%李超华!闫月梅!苏献祥-钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨$P%-钢结构!.//R!.N)1.#&#################################################15H1R)上接第.N页#限承载力有很大的影响"目前各国规范给出的计算式都未能充分考虑这些几何参数对节点承载力的影响"结合试验和有限元技术进行节点几何参数的研究!使得节点能最大限度且安全可靠地发挥其承载力!是今后深入研究的重点"参考文献$1%"X<F A#)"C<,$^!")*+"*)<$!"##$Z#(,7’$Y%^.’E#E^4#I \&)L&";#V&’<$EW)#((%&F G<’>!10O3&15.H1O0-$.%"C;#P&,’"(%&F F,""##&8";#P<G<’#(#!"##$!")*+"*)#D((&+,<H ",&’^C;#%&$$#+",&’(&8!"##$!")*+"*)<$P&,’"(H V,9#"P&,’"(<’E @,7;!")#’7";J&$"#E P&,’"($!%^10R O&1/5H1R0!53N H O16-$N%"C;#P<G<’#(#D)+;,"#+"*)#D((&+,<",&’^V#+&F F#’E<",&’(8&) ";#Z#(,7’=<A),+<",&’&8@,7;!")#’7";J&$"#EP&,’"($!%^ 100N-$3%"J),",(;!"<’E<)E(B’(","*",&’^J!606/&W<)"1!!")*+"*)<$?(#&8!"##$I&)L,’J*,$E,’7$!%^100/&R0H0/-$6%"J),",(;!"<’E<)E(B’(","*",&’^:*)&+&E#N&Z#(,7’&8!"##$ !")*+"*)#(!W<)"1-1$!%^100.&R0H0/-$5%"Y&),"<C&L,&!U,’&(;,"<V>&*a,!?F#c*\<(*>&(;,!#"<$^ !"*E>&’!")#’7";&8W,’H P&,’"#E%&’’#+",&’%&’(,("#E&8 =&)7#E%)#9,+#!W<)"1g.$V%^!*F F<),#(&8C#+;’,+<$W<H G#)(&8D’’*<$Y##",’7D)+;,"#+"*)<$B’(","*"#&8P<G<’!J H1^ 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Q460低合金高强度钢的焊接工艺分析蔺云峰（山西焦煤霍煤电集团机电总厂，山西霍州，031412）摘要：介绍了Q460低合金结构钢的主要成分、力学性能，给出了焊接Q460低合金高强度钢的焊接应选用的焊接材料和焊接设备，对焊接过程中存在的主要问题提出了解决的办法。

关键词：Q460；焊接工艺；焊接性能液压支架的作用是有效地支撑工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。

它与采煤机和输送机配套使用，实现采煤综合机械化。

其使用寿命取决于本身结构的质量。

由于支架结构件工作环境恶劣，使用过程中承受动、静载荷，存在应力腐蚀现象等。

为了保证支架结构件在使用过程中动作可靠，支架尺寸稳定性的要求，以及预防焊接过程中产生冷裂纹、热裂纹及气孔现象，我公司液压支架结构件大多采用Q460低合金高强度钢。

经过反复试验，我们完善了Q460低合金高强度钢的焊接工艺。

1．Q460低合金结构钢主要成分及力学性能（1）Q460低合金高强度钢是在16Mn钢的基础上加入Cr，Ni，V，Ti等合金元素炼制而成。

钒和钛的加入，能使钢材强度增高，同时又能细化晶粒，减少钢材的过热倾向。

Q460低合金高强度结构钢的力学性能见表1，Q460低合金高强度结构钢的成分见表2。

（2）焊接性分析。

低合金钢焊接具有热裂纹、冷裂纹、淬硬倾向及氢致裂纹敏感性强等主要特点。

碳当量是判断焊接性最简便的方法之一。

碳当量是指把钢中合金元素（包括碳的含量）按其作用换算成碳的相当含量。

随着碳当量的增加，钢的塑性急剧下降，并且在高应力的作用下，产生焊接裂纹的倾向也大为增加，焊接时有明显的淬硬倾向。

因此焊接时，需较小的热输入。

同时，氢致裂纹是低合金结构钢焊接接头最危险的缺陷，所以需要采取适当预热，控制线能量等工艺措施。

表1Q460低合金高强度结构钢的力学性能牌号屈服强度σs/MPa抗拉强度/MPa伸长率δ5/%Q460 460 550～720 17表2Q460低合金高强度结构钢的成分（％）w（C）w（Si）w（Mn）w（S）w（P）5w（Cr）w（Ni）w（Ti）w（Nb）≤0.2≤0.551.0～1.7 ≤0.035≤0.03≤0.7≤0.70.02～0.2 0.015～0.062．焊接材料及焊接设备的选用（1）结合性能与使用性能是选用焊材的决定因素。