中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處實踐教學(xué)科制表PAGE6PAGE二、項目概況（項目闡述和主要創(chuàng)新內(nèi)容）項目概況1．立項背景：螺栓連接時鋼結(jié)構(gòu)中的一種主要連接方法。螺栓在連接中主要排列成行，以便于多頭鉆床鉆孔。同時相鄰的螺栓孔的中心應(yīng)保證為擰緊螺栓放置扳手所需的最小距離。沿螺栓線相鄰螺栓孔的中心距為螺栓距，連接中最末一個螺栓孔中心沿連接的受力方向至構(gòu)件端部的距離為端距。螺栓是通過點或者點陣的受力來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力的傳遞。單個螺栓受力較為復(fù)雜。通過學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)范中普通螺栓的設(shè)計方法中有很多不足之處。普通螺栓其抗剪連接是依靠螺桿受剪和孔壁承壓來承受荷載的。對于單個螺栓的受力，必須首先得到其在整體抗剪連接中的受力才能夠比較精確地得到每個螺栓的受力，然后通過單個螺栓的受剪承載力公式計算其承載力。而每個螺栓受力是和其在螺栓群中的位置緊密相關(guān)。也就是說每個螺栓的受力是不同的，而規(guī)范按照每個螺栓均勻受力來分配荷載是不夠準(zhǔn)確的，影響受力的主要因素還有螺栓距和端距。對于單個螺栓，螺栓桿和螺栓孔周邊是通過接觸傳遞剪力從而實現(xiàn)螺栓抗剪，實際接觸面是半個圓柱面的面積，如果考慮螺紋處受剪則是螺紋和螺栓孔壁接觸，螺栓和孔壁的接觸受力狀態(tài)更加復(fù)雜。而規(guī)范計算表達式是，其物理意義就是假定了壓應(yīng)力在通過螺栓直徑的截面來計算。對實際應(yīng)力的分布和傳遞情況沒有交代清楚。螺栓孔壁的受力是和螺栓的受力緊密相關(guān)的，因此研究螺栓受力的影響因素是必要的。鑒于以上問題，本項目計劃申請把螺栓距和端距對螺栓及螺栓孔周邊受力的影響作為研究對象，使用有限元分析方法，把常見的螺栓布置形式用有限元方法模擬出來，以便解析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對螺栓孔工作機理的模糊描述，對螺栓連接局部受力集中有定量的理解。2.基本內(nèi)容概況：有限元現(xiàn)在已經(jīng)是常用的力學(xué)求解方法，本課題計劃使用同學(xué)們熟悉的有限元軟件ABAQUS為平臺進行數(shù)值模擬，對常見形式的承壓型螺栓孔進行力學(xué)分析，得到螺栓設(shè)計中板件的受力特點。比較現(xiàn)行規(guī)范中的假設(shè)和實際螺栓孔中受力的不同，了解承壓型螺栓工作原理、布置方式等因素對連接剛度的影響，彌補現(xiàn)行教學(xué)大綱中對該部分內(nèi)容論述中的不足，提高學(xué)生對構(gòu)造的重要性的認識和確定構(gòu)造受力的復(fù)雜性的認識。3.本項目的創(chuàng)新點在于：通過學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)范中普通螺栓抗剪連接中的設(shè)計方法中的不足之處，使用有限元分析軟件ABAQUS進行數(shù)值模擬，對螺栓距和端距對抗剪連接中螺栓及螺栓孔周邊受力的影響進行研究，對規(guī)范中抗剪連接設(shè)計進行考慮螺栓端距和螺栓距影響后的修正。三、實施計劃及方案(進度安排、研究方案、實驗方案、技術(shù)路線等)1.進度安排1）2012年7月－2012年9月，查閱相關(guān)資料，熟悉目前有關(guān)普通螺栓抗剪性能方面的研究工作，學(xué)習(xí)有限元分析軟件ABAQUS，制定詳細研究方案；2）2012年10月-2013年1月，建立實體有限元模型進行研究。運用有限元分析軟件ABAQUS，參考規(guī)范中試件標(biāo)準(zhǔn)，建立相應(yīng)的多組數(shù)值模型，詳細分析普通螺栓的抗剪連接中栓端距和螺栓距對螺栓受力分配、螺栓孔壁承壓的影響，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。3）2012年2月-2013年4月，參照數(shù)值模擬中的模型與工況，使用規(guī)范中相關(guān)規(guī)定進行計算。將依照規(guī)范手算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行比較，分析二者結(jié)果的差異，進行比較，觀察規(guī)范結(jié)果是否較數(shù)值模擬結(jié)果偏于危險，總結(jié)異同點，并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對規(guī)范提出修正意見。4）2013年5月-2013年6月，整理兩次計算的全部數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)匯總分析，撰寫總結(jié)報告。2.研究與實驗方案1）有限元軟件數(shù)值模擬：參考工程經(jīng)驗，本項目中選取雙剪模型，使用ABAQUS的CAE建模，使用其求解器進行計算，并后處理輸出相關(guān)結(jié)果。圖1為其雙剪對接連接示意圖。圖12）依照規(guī)范計算螺栓抗剪結(jié)果：我國規(guī)范假設(shè)l1≤15d0時，各螺栓平均受力，其中l(wèi)N式中，nv為受剪面數(shù)目，雙剪取nv=2；d一個螺栓的孔壁承壓承載力設(shè)計值應(yīng)按下式計算：N式中，t為在同一受力方向承壓的構(gòu)件較小總厚度；fcb為螺栓的孔壁承壓強度設(shè)計值，我國設(shè)計規(guī)范中規(guī)定其值與連接件的鋼材牌號及螺栓類別有關(guān)，與螺栓距和端距無關(guān)，但必須保證螺栓距p≥3d3）數(shù)據(jù)匯總，撰寫實驗報告和論文：結(jié)合實體有限元方法研究與依照規(guī)范手算結(jié)果，驗證實體有限元方法結(jié)果準(zhǔn)確性，對比鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GBJ17-88)，提出修正建議，撰寫報告。技術(shù)路線查閱相關(guān)文獻，對目前該方面的研究加以認識了解，并查閱相關(guān)文獻，對目前該方面的研究加以認識了解，并學(xué)習(xí)有限元分析軟件ABAQUS有限元軟件數(shù)值模擬有限元軟件數(shù)值模擬規(guī)范計算規(guī)范計算選取計算模型，建立數(shù)值模型選取計算模型，建立數(shù)值模型參照數(shù)值模擬中的模型與工況使用規(guī)范相關(guān)規(guī)定計算參照數(shù)值模擬中的模型與工況使用規(guī)范相關(guān)規(guī)定計算施加荷載，計算結(jié)果，并計算施加荷載，計算結(jié)果，并計算螺栓的抗剪受力及孔壁受力情況，記錄數(shù)據(jù)對比數(shù)值模擬與手算的結(jié)果，進行比較分析對比數(shù)值模擬與手算的結(jié)果，進行比較分析數(shù)據(jù)匯總，撰寫實驗報告和論文數(shù)據(jù)匯總，撰寫實驗報告和論文四、實施基礎(chǔ)與條件（包括項目實施應(yīng)具備的專業(yè)知識、基本儀器、設(shè)備及實施條件）1．專業(yè)知識本項目申請者修完理論力學(xué)和材料力學(xué)，本學(xué)期學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計等課程，具備開展本項目研究的專業(yè)基礎(chǔ)知識。2．基本儀器與設(shè)備中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院配備正版ABAQUS有限元軟件。3.實施條件1）中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程實驗教學(xué)中心全面面向本科生開放，能提供結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)試驗的場地和設(shè)備。2）中國農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書館和網(wǎng)絡(luò)中心能提供項目進行所需要的圖書、文獻資料和網(wǎng)絡(luò)使用條件。3）項目組成員學(xué)習(xí)優(yōu)秀、學(xué)有余力。4）指導(dǎo)教師劇錦三教授，長期從事工程結(jié)構(gòu)方面的研究與教學(xué)，具有豐富的研究和指導(dǎo)學(xué)生進行科研的經(jīng)驗，能為本項目的研究工作提供有力的指導(dǎo)與支持。五、預(yù)期成果通過實驗和實體有限元方法研究，計算分析螺栓距和端距對抗剪連接中螺栓及螺栓孔周邊受力的影響研究，對比鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GBJ17-88)，提出修正建議，撰寫報告。提交成果的形式：1.至少在核心期刊、爭取在EI核心期刊發(fā)表（接受）學(xué)術(shù)論文一篇；2.項目綜合技術(shù)報告；3.總結(jié)報告。六、申請人簽名項目負責(zé)人：項目團隊成員：