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技术支持中心验证示例防火设计:螺栓搭接节点
防火设计:螺栓搭接节点
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防火设计:螺栓搭接节点

本文也提供以下语言版本
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
AI从英语翻译

本研究的目的是验证基于组件的有限元模型(CBFEM(基于组件的有限元模型))在防火条件下螺栓搭接节点中的应用,并与欧洲规范的解析模型进行对比。

解析模型

数值模型通过欧洲规范提出的解析模型进行验证。EN 1993-1-8 提供了计算每个剪切面螺栓抗剪承载力的设计公式如下:

Fv,Rd=αvfubAγM2F_{v,Rd}=\frac{\alpha_v f_{ub} A}{\gamma_{M2}}Fv,Rd​=γM2​αv​fub​A​

其中 fub 为螺栓材料的极限强度,A 为螺栓的公称无螺纹或有螺纹杆体截面面积,αv\alpha_vαv​ 为与螺栓等级相关的系数——对于 4.6、5.6 和 8.8 级,其值为 0.6;对于 4.8、5.8、6.8 和 10.9 级,其值为 0.5。 

EN 1993-1-8 将每个螺栓的承压承载力定义如下:

Fb,Rd=k1αbfudtγM2F_{b,Rd}=\frac{k_1 \alpha_b f_u dt}{\gamma_{M2}}Fb,Rd​=γM2​k1​αb​fu​dt​

其中 d 为螺栓公称直径,fu 为钢板的公称极限抗拉强度,t 为被连接材料的厚度,γM2\gamma_{M2}γM2​ 为分项系数,推荐值为 1.25。参数 αb\alpha_bαb​ 和 k1 主要根据以下几何参数确定:

  • 垂直于荷载传递方向,分别针对边缘螺栓和内部螺栓

k1=min⁡(2.8e2d0−1.7, 1.4p2d0−1.7, 2.5)k_1=\min \left ( 2.8\frac{e_2}{d_0} -1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0} -1.7, \, 2.5 \right )k1​=min(2.8d0​e2​​−1.7,1.4d0​p2​​−1.7,2.5)

k1=min⁡(1.4p2d0−1.7, 2.5)k_1=\min \left ( 1.4 \frac{p_2}{d_0} -1.7, \, 2.5 \right )k1​=min(1.4d0​p2​​−1.7,2.5)

  • 沿荷载传递方向

αb=min⁡(αd, fubfu, 1.0)\alpha_b=\min \left ( \alpha_d, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right )αb​=min(αd​,fu​fub​​,1.0)

αd=min⁡(e13d0, p13d0−0.25)\alpha_d = \min \left ( \frac{e_1}{3d_0}, \, \frac{p_1}{3d_0}- 0.25 \right )αd​=min(3d0​e1​​,3d0​p1​​−0.25)

其中 d0 为螺栓孔直径,fub 为螺栓极限强度,fu 为钢板极限强度,e1 为端距,e2 为边距。

受剪螺栓的防火设计承载力应按下式确定:

Fv,t,Rd=Fv,Rdkb,θγM2γM,fiF_{v,t,Rd}=F_{v,Rd}k_{b,\theta} \frac{\gamma_{M2}}{\gamma_{M,fi}}Fv,t,Rd​=Fv,Rd​kb,θ​γM,fi​γM2​​

其中 kb,θk_{b,\theta}kb,θ​ 为根据表 D.1 由相应螺栓温度确定的折减系数;γM,fi\gamma_{M,fi}γM,fi​ 为火灾工况的分项系数。

防火条件下螺栓的设计承压承载力应按下式确定:

Fb,t,Rd=Fb,Rdkb,θγM2γM,fiF_{b,t,Rd} = F_{b,Rd} k_{b,\theta} \frac{\gamma_{M2}}{\gamma_{M,fi}}Fb,t,Rd​=Fb,Rd​kb,θ​γM,fi​γM2​​

承载力验证

由 CBFEM(基于组件的有限元模型) 计算的设计承载力与解析模型(AM)的结果进行了对比。结果汇总于表 1。所有工况的钢材等级均为 S355。参数包括温度、螺栓材料、拼接板厚度、螺栓直径和螺栓间距。

图 1 温度敏感性分析

图 2 螺栓等级敏感性分析(500 °C)

图 3 拼接板厚度敏感性分析(600 °C)

图 4 螺栓间距敏感性分析(500 °C)

图 5 螺栓尺寸敏感性分析(400 °C)

结论

IDEA StatiCa Connection 在所有研究的高温螺栓搭接节点工况中,均提供了相同或更安全的荷载承载力。其主要原因在于螺栓的受力方式。解析模型中的螺栓仅承受纯剪力,忽略了因钢板变形引起的任何拉力。

基准算例

输入参数

2xM16 8.8

主板 80/16 mm

拼接板 2x80/8 mm

S355

螺栓间距 p1 = 50 mm,e1 = 35 mm

温度 600°C

模型在 IDEA StatiCa Connection 软件中创建。

输出结果

螺栓搭接节点在 600°C 时的承载力为 61 kN。

图 6 受剪螺栓拼接节点基准算例

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如需了解其他验证研究,请访问我们的 支持中心 - 验证。

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