摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验

摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验实验名称：摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验实验日期：2015年12月5日实验目的：①了解摩擦型高强度螺栓抗滑移系数的计算方法；②了解摩擦型高强度螺栓连接不同阶段的受力性能和破坏过程；③掌握摩擦型高强度螺栓抗剪连接的承载力计算方法。实验原理摩擦型高强螺栓连接是将高强度螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力阻止其相对滑移，达到传力目的，并以板件间的摩擦力被外力克服作为极限状态。因此，接触面抗滑移系数是重要的计算参数。即NP（其中N为滑动外力，P为螺栓预拉力）单个剪力螺栓的承载力计算：受剪承载力：bf0.9nvNP承压承载力：bcctfdNb注：实验给定参考数f2n、实验器材实验器材统计表编号名称单组实验数量备注1—100×15×310钢板2Q3452—100×10×325钢板2Q345310.9级摩擦型高强度螺栓4M204扭矩扳手15200t万能实验机16电脑1注：表中未注明单位均为mm双摩擦面双栓拼接拉力试件155kNP图1双摩擦面双栓拼接拉力试件平面图图2双摩擦面双栓拼接拉力试件图图3拉力试件零件①图4拉力试件零件②注：拉力试件摩擦面采用抛丸、除锈处理图中所示单位均为mm实验过程及结果Step1试件组装：将一片100×15×310钢板放置在最底层，将两片100×10×325放置在第二层，两块钢板间距为5mm,将一片100×15×310钢板放置在最顶层，竖直方向四块钢板螺栓孔径垂直。Step2螺栓初拧、终拧：设置扭矩扳手设置值为760N.M,将螺栓套入，用手进行初拧，初拧完成后用设置好扭矩值的扭矩扳手进行终拧直到终拧完成。Step3试件加载：将组装好的构建安装在万能试验机上进行加载，观察螺栓滑移情况和粉笔线错动情况在电脑上观察曲线变化。加载工况及结果记录实验结果及思考1、由实验过程求取摩擦系数；时刻载荷位移现象1初始时刻00无滑移2滑移时刻326.6719.083产生滑移bf0.9nvNPf2nμ=0.500352、由实验过程理解预拉力的加载原理；高强螺栓通过螺栓的抗剪能力和螺帽与母板之间的摩擦力来提供抗力，而摩擦力的大小与压力成正比，压力正是施加在高强螺栓上的预拉力，因此必须控制预拉力达到一定限值。高强度螺栓是用特制的扳手上紧螺帽，使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力，通过螺帽和垫板，对被连接件也产生了同样大小的预压力。在预压力作用下，沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力，显然，只要轴力小于此摩擦力，构件便不会滑移，连接就不会受到破坏，这就是高强度螺栓连接的原理3、描述高强摩擦型螺栓不同阶段的受力性能及破坏过程；摩擦传力的弹性阶段在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在n-δ图上呈现出0，1斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。滑移阶段当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于n-δ曲线上的1，2水平段。栓杆传力的弹性阶段荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以n-δ曲线呈上升状态。达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：①当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；②当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；③端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏；④板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断。4、比较三种螺栓安装和工作中的优缺点，并思考其各自适合的工作环境。高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力最为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内，外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件安弹性整体受力。高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触。此后，连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。普通螺栓：成本低，装卸方便，可以承受拉，剪力，但承受拉力能力较弱，而且对开孔截面有一定削弱。适合在承载力不是很大的构件上使用实验心得：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，最为一个验证性实验也是我们对课本上知识进行外延和拓展的好机会。在这个实验中，我理解了预拉力的加载原理和扭矩扳手的使用方法。实验的过程可能会很漫长但是我们也要虚心进行等待，螺栓滑移变形量很小也需要等待，所以在实验中我们要耐心观察粉笔画的变化。试验过后，面对发生的现象我们要进行认真分析，比如螺栓滑移后，钢板摩擦面被破坏，我们应该清楚认识到虽然它已经不能在摩擦型中使用但是作为承压型仍可以使用。155kNP