一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法与流程

1.本发明涉及螺栓群受弯效应计算技术领域，具体而言，涉及一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法。


背景技术：

2.目前，钢结构计算理论在计算螺栓群受弯效应时，假定端板完全刚性，且不考虑其受弯曲，只有螺栓全部受拉或者最外排螺栓不受拉两种情况。当荷载p较小时，全部螺栓受拉，其假定弯曲轴在形心位置o-o处，倘若螺栓轴力延伸线与端板的交点，实际弯曲轴在最外排螺栓以外，即o
1-o1处；当荷载p较大时，底部部分螺栓受压，此时，其假定弯曲轴在最外排螺栓位置o
′‑o′
处；但是随着荷载p继续增大，其弯曲轴会向着o-o处靠近，此时端板的抗弯能力较螺栓群更弱，所以会发生弯曲，逐渐软化，以此来使得弯曲轴的向上移动。
3.但是，钢结构中传统螺栓计算理论仅仅只考虑了弯曲轴从无限远处到最外排螺栓位置的这两种情况，没考虑弯曲轴继续向着螺栓形心移动的大荷载情况，这将会低估螺栓群的最不利内力，导致设计偏于不安全，严重影响螺栓群的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在只考虑了弯曲轴从无限远处到最外排螺栓位置的这两种情况，没考虑弯曲轴继续向着螺栓形心移动的大荷载情况，这将会低估螺栓群的最不利内力，导致设计偏于不安全，严重影响螺栓群的可靠性的技术问题之一。
5.为此，本发明提供了一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法。
6.本发明提供了一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法，包括以下步骤：
7.s1、根据端板在弯曲方向上的抵抗刚度与螺栓群在弯曲方向上的抵抗刚度的比值计算端板软化系数；
8.s2、假定端板的应力会发生软化折减变成折线形，但是端板的应变仍满足平截面假定分析，据此判断螺栓的受力情况，根据力的平衡关系，得出螺栓所受最大轴拉力和端板弯曲高度的计算模型；
9.s3、根据s2中建立的计算模型计算端板弯曲高度，根据端板弯曲高度的数值大小判断端板的软化效应是否对螺栓的受力产生影响，根据判断结果计算螺栓的轴拉内力。
10.根据本发明上述技术方案的一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法，还可以具有以下附加技术特征：
11.在上述技术方案中，s1中端板软化系数的计算方法为：
[0012][0013]
其中，e为钢材弹性模量；i
p
为板材截面惯性矩；ne为螺栓群在端板宽度方向上单排螺栓的数量；se为螺栓群在端板高度方向上的连接长度；b为端板的宽度；h为端板的高度；t
p
为端板的厚度；a为螺栓面积。
[0014]
在上述技术方案中，s2中螺栓的受力情况包括螺栓的受力中存在偏心外荷载作用的情况和螺栓的受力中仅存在弯矩作用的情况。
[0015]
在上述技术方案中，当螺栓的受力中存在偏心外荷载作用时，根据力的平衡关系螺栓所受最大轴拉力为：
[0016][0017]
端板弯曲高度为：
[0018][0019]
其中，p为垂直于螺栓群平面的外荷载；e
p
为p到端板底部的距离；s
o2
为端板弯曲高度；s1为自端板顶部向下第1颗螺栓到端板底部的距离；si为自端板顶部向下第i颗螺栓到端板底部的距离；b为端板宽度；a为螺栓面积；n
t
为受拉螺栓数量；μ为端板软化系数。
[0020]
在上述技术方案中，当螺栓的受力中仅存在弯矩作用时，垂直于螺栓群平面的外荷载为0，则螺栓所受最大轴拉力为：
[0021][0022]
端板弯曲高度为：
[0023][0024]
其中，m0为非p荷载所产生的纯弯矩效应。
[0025]
在上述技术方案中，s3中，当端板的弯曲高度的计算结果不大于零时，螺栓全部受拉，端板的软化效应对螺栓受力无法产生影响，螺栓的轴拉内力为：
[0026][0027]
其中，ni为第i颗螺栓的轴拉内力；为弯矩产生的轴力；为垂直于螺栓群平面的外荷载作用在形心时对螺栓产生的轴力；so为o-o轴到端板底部的距离。
[0028]
在上述技术方案中，s3中，当端板的弯曲高度的计算结果大于零时，螺栓的全部受拉或者部分受拉，端板的软化效应对螺栓受力产生影响，根据s2计算螺栓所受最大轴拉力，螺栓的轴拉内力为：
[0029][0030]
在上述技术方案中，s3中，当螺栓轴拉内力的计算结果小于0时，该螺栓的轴拉内
力取0。
[0031]
综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：
[0032]
提供了一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法，再考虑了弯曲轴从无限远处到最外排螺栓位置情况的基础上，还考虑了弯曲轴继续向着螺栓形心移动的大荷载的情况，充分考量造成螺栓群的最不利内力的各种可能，确保螺栓群设计的安全可靠，从而提高系统稳定性。
[0033]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0034]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0035]
图1是本发明一个实施例的一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法的流程图；
[0036]
图2是现有技术中荷载较小时弯曲轴在形心位置，螺栓群的受力情况分析原理图；
[0037]
图3是现有技术中荷载较大时弯曲轴在最外排螺栓位置，螺栓群的受力情况分析原理图；
[0038]
图4是本发明一个实施例的一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法的原理图；
[0039]
图5是本发明一个实施例的一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法中端板软化系数计算的原理图。
具体实施方式
[0040]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0042]
如图2和图3所示，钢结构计算理论在计算螺栓群受弯效应时，假定端板完全刚性，且不考虑其受弯曲，只有螺栓全部受拉或者最外排螺栓不受拉两种情况。如图2，当荷载p较小时，全部螺栓受拉，其假定弯曲轴在形心位置o-o处，倘若螺栓轴力延伸线与端板的交点，实际弯曲轴在最外排螺栓以外，即o
1-o1处；如图3，当荷载p较大时，底部部分螺栓受压，此时，其假定弯曲轴在最外排螺栓位置o
′‑o′
处，并且从图3中可以看出，随着荷载p继续增大，其弯曲轴会向着o-o处靠近，此时端板的抗弯能力较螺栓群更弱，所以会发生弯曲，逐渐软化，以此来使得弯曲轴的向上移动。
[0043]
图2和图3中，p为垂直于螺栓群平面的外荷载；e0为p到螺栓群中心的距离；m为p偏心引起的弯矩；为m产生的轴力；为p作用在形心时对螺栓产生的轴力；ni为第i颗螺栓的轴拉内力；n
min
为螺栓的最小轴力。
[0044]
下面参照图1至图5来描述根据本发明一些实施例提供的一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法。
[0045]
本技术的一些实施例提供了一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法。
[0046]
如图1至图5所示，本发明第一个实施例提出了一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法，包括以下步骤：
[0047]
s1、根据端板在弯曲方向上的抵抗刚度与螺栓群在弯曲方向上的抵抗刚度的比值计算端板软化系数；
[0048]
s2、假定端板的应力会发生软化折减变成折线形，但是端板的应变仍满足平截面假定分析，据此判断螺栓的受力情况，根据力的平衡关系，得出螺栓所受最大轴拉力和端板弯曲高度的计算模型；
[0049]
s3、根据s2中建立的计算模型计算端板弯曲高度，根据端板弯曲高度的数值大小判断端板的软化效应是否对螺栓的受力产生影响，根据判断结果计算螺栓的轴拉内力。
[0050]
本发明第二个实施例提出了一种考虑端板软化的螺栓群折线平截面轴力计算方法，且在第一个实施例的基础上，包括以下步骤：
[0051]
s1、根据端板在弯曲方向上的抵抗刚度与螺栓群在弯曲方向上的抵抗刚度的比值计算端板软化系数；
[0052]
如图5所示，s1中端板软化系数的计算方法为：
[0053][0054]
其中，e为钢材弹性模量；i
p
为板材截面惯性矩；ne为螺栓群在端板宽度方向上单排螺栓的数量；se为螺栓群在端板高度方向上的连接长度；b为端板的宽度；h为端板的高度；t
p
为端板的厚度；a为螺栓面积。
[0055]
s2、假定端板的应力会发生软化折减变成折线形，但是端板的应变仍满足平截面假定分析，据此判断螺栓的受力情况，如图4所示则：
[0056][0057][0058][0059]
根据力的平衡关系，得出螺栓所受最大轴拉力和端板弯曲高度的计算模型；
[0060]
具体地：
[0061][0062][0063]
求解式(6)可以得到：
[0064][0065]
联立(3)、(4)、(5)可以得到：
[0066][0067]
代式(8)入式(7)可以得到：
[0068][0069]
不考虑其三次因素的影响，可以得到：
[0070][0071]
其中，p为垂直于螺栓群平面的外荷载；e
p
为p到端板底部的距离；s
o2
为端板弯曲高度；s1为自端板顶部向下第1颗螺栓到端板底部的距离；si为自端板顶部向下第i颗螺栓到端板底部的距离；b为端板宽度；a为螺栓面积；n
t
为受拉螺栓数量；μ为端板软化系数；σb为螺栓轴拉应力；εb为螺栓轴拉应变；ε
b1
为自端板顶部向下第1颗螺栓的轴拉应变；ε
p
为端板受弯最大应变；σ
p
为端板弯曲应力；ni为第i颗螺栓轴拉内力。
[0072]
s2中螺栓的受力情况包括螺栓的受力中存在偏心外荷载作用的情况和螺栓的受力中仅存在弯矩作用的情况。
[0073]
当螺栓的受力中存在偏心外荷载作用时，根据力的平衡关系，螺栓所受最大轴拉力可利用公式(7)进行计算；
[0074]
端板弯曲高度可利用公式(10)进行计算。
[0075]
当螺栓的受力中仅存在弯矩作用时，垂直于螺栓群平面的外荷载为0，即p＝0，则螺栓所受最大轴拉力为：
[0076][0077]
端板弯曲高度为：
[0078][0079]
其中，m0为非p荷载所产生的纯弯矩效应。
[0080]
s3、根据s2中建立的计算模型计算端板弯曲高度，根据端板弯曲高度的数值大小判断端板的软化效应是否对螺栓的受力产生影响，根据判断结果计算螺栓的轴拉内力。
[0081]
s3中，当端板的弯曲高度的计算结果不大于零时，即s
o2
≤0时，螺栓全部受拉，端板
的软化效应对螺栓受力无法产生影响，螺栓的轴拉内力为：
[0082][0083]
其中，ni为第i颗螺栓的轴拉内力；为弯矩产生的轴力；为垂直于螺栓群平面的外荷载作用在形心时对螺栓产生的轴力；so为o-o轴到端板底部的距离。
[0084]
s3中，当端板的弯曲高度的计算结果大于零时，即s
o2
》0螺栓的全部受拉或者部分受拉，端板的软化效应对螺栓受力产生影响，根据公式(7)或(11)计算螺栓所受最大轴拉力n1，则根据公式(4)螺栓的轴拉内力为：
[0085][0086]
s3中，当螺栓轴拉内力的计算结果小于0时，该螺栓的轴拉内力取0。
[0087]
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0088]
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。