CN105697482A - 一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于不锈钢结构的高强螺栓抗滑移连接,包括不锈钢板、颗粒、不锈钢高强螺栓;所述颗粒通过人为外荷载压入不锈钢板上下两个接触面内,保证颗粒在上下两个接触面上形成明显、稳定的凹痕或坑;所述不锈钢高强螺栓,用于连接不锈钢板,保证所连接的不锈钢板之间没有空隙。本发明实现了依靠接触面之间的抗滑移阻力来传递剪力的高强螺栓连接在不锈钢结构中的使用,成倍增大了不锈钢高强螺栓抗滑移连接接触面间的抗滑移系数,成倍增大了不锈钢连接的抗剪承载力或增强了不锈钢连接的安全储备,减少了不锈钢高强螺栓的使用数量,通过颗粒参数的调控,实现不锈钢高强螺栓抗滑移连接的可设计性。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域,具体涉及一种用于不锈钢结构的高强螺栓抗滑移连接方法。
背景技术
采用高耐久性材料提高土木工程的耐久性,是建设低碳节能工程的有效途径。不锈钢具有突出的耐腐蚀性能、很好的表面效果以及良好的力学性能,已在装饰工程得到了广泛应用。随着工程建设标准的提高、考虑全寿命周期效益最优以及重复利用材料实现节能减排,采用不锈钢结构作为主体结构已成为结构工程的重要发展方向之一。在海洋工程等对材料耐久性要求高的领域,不锈钢结构尤其具有非常广阔的发展前景。
为有效推动不锈钢结构的应用,有大量的研究工作亟待开展,其中之一是建立与普通钢结构高强螺栓摩擦型连接对应的高效连接方式。高强螺栓摩擦型连接通过拧紧螺帽在摩擦面产生相应压紧力,通过静摩擦力传递连接剪力。普通钢结构中,高强螺栓摩擦型连接方式得到了广泛应用,在保证钢结构良好结构性能的同时,给施工安装提供了极大的便利,凸显了钢结构工业化程度高、易于装配的突出优点,是普通钢结构能够广泛应用的关键基础之一,所以改进高强螺栓性能是钢结构领域长期重视的研究方向,包括有效建立预紧力、提高摩擦面抗滑移系数等重要方面。
考虑到不锈钢材料比普通钢结构材料要贵得多,显然,在不锈钢结构中不仅需要与普通钢结构中高强螺栓摩擦型连接对应的高效连接,还应发展更高性能的连接方式。然而到目前为止,不锈钢结构中还未能实现与普通钢结构高强螺栓摩擦型连接相当的高效连接。主要困难在于不锈钢表面与普通钢材表面相比非常光滑,抗滑移系数太小。目前普通钢结构中成熟的表面处理工艺可得到0.3-0.45的抗滑移系数,常用的抗滑移系数在0.4左右。而不锈钢结构表面稳定可靠的抗滑移系数一般小于0.2。通过摩擦传力效率太低,不仅结构性能无法保证,经济性也太差。因而,到目前为止,除日本外,世界各国已有的不锈钢规范均不建议采用高强螺栓摩擦型连接,大大限制了不锈钢结构作为主体结构的应用。
日本不锈钢建筑结构设计标准推荐了两种不锈钢接触面处理方法,分别是不锈钢粉末防滑涂料方法和热喷涂不锈钢涂层方法,两种方法处理后的不锈钢接触面间的抗滑移系数可达到0.45左右,与普通钢结构的抗滑移系数相近。但是,这两种不锈钢摩擦面处理方法也还存在明显的不足。涂料类方法施工环境要求高,质量控制难度大,涂料层损伤后修补困难,耐腐蚀寿命短,但对接触面的处理要求相对宽松;热喷涂类方法寿命长、涂层结合力强、但施工中对环境污染大、接触面处理要求高、施工效率低、成本高,且喷涂完成后需要特别的表面封闭漆,无法充分利用不锈钢耐腐蚀的优势。
提高普通钢结构接触面抗滑移系数行之有效的处理方法之所以对不锈钢结构效果不理想,关键原因还在于不锈钢材料、尤其是不锈钢材料表面特征与普通钢材有本质差别。不锈钢表面与普通钢表面相比,不锈钢表面存在一层致密的钝化膜,这是不锈钢能够耐锈蚀的根本原因,对普通钢表面处理有效的工艺,对这层钝化膜无效,而且即便通过机械手段局部去掉原有钝化膜,如拉丝处理,由于不锈钢材料具有的本质特征,在无钝化膜的部位很快又会形成新的钝化膜。
发明内容
本发明的目的在于实现与普通钢结构中高强螺栓摩擦型连接对应的高效连接在不锈钢结构中的应用,受三体接触理论和磨屑增大抗滑移阻力机制的启发,提供一种不锈钢高强螺栓抗滑移连接方法,该发明:(1)实现了依靠接触面之间的抗滑移阻力来传递剪力的高强螺栓连接在不锈钢结构中的使用(2)成倍增大了不锈钢高强螺栓抗滑移连接接触面间的抗滑移系数(3)成倍增大了不锈钢连接的抗剪承载力或增强了不锈钢连接的安全储备(4)减少了不锈钢高强螺栓的使用数量(5)通过颗粒参数的调控,实现不锈钢高强螺栓抗滑移连接的可设计性。
本发明采用的技术方案为:一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,该方法包括钢材连接板件、压入颗粒和高强螺栓;
所述钢材连接板件为不锈钢板,是结构需要连接的地方,主要承受剪力,所述高强螺栓为不锈钢高强螺栓;
所述压入颗粒为耐腐蚀的材料,压入颗粒的硬度、强度、韧性这些力学特性参数数值为不锈钢板的力学特性参数数值的1倍-5倍;
多块所述钢材连接板件通过高强螺栓连接在一起,钢材连接板件的接触面之间设有压入颗粒形成抗滑移面,压入颗粒围绕钢材连接板件上的螺栓孔设置;
所述不锈钢板件不需要对表面进行任何处理;
所述压入颗粒通过垂直荷载压入钢材连接板件的接触面,在抗滑移面形成明显、稳定的凹痕,钢材连接板件内可以有变形但不能有裂纹,钢材连接板件间压紧没有缝隙;
所述压入颗粒紧紧固定在所压出的凹痕内,通过压入颗粒与凹痕的卡紧与相互限制,阻止抗滑移面间的相互滑移。
本发明压入颗粒按一定的分布放置在不锈钢板上,上面盖上另一块不锈钢板,将压入颗粒压入上下两个板件,保证板件压紧,在上下两个接触面上形成明显、稳定的凹痕或坑,保证不锈钢板没有开裂或形成裂纹,并且颗粒允许有塑性变形但不产生裂纹;不锈钢高强螺栓用于连接不锈钢板,通过拧紧螺栓,赋予高强螺栓内较大的预紧力,不对螺栓造成损坏同时保证不锈钢板间没有间隙。
作为优选,所述压入颗粒的形状选用球形、棱形、圆柱形或方形。
作为优选,所述压入颗粒的高度不大于不锈钢板厚度的一半。
作为优选,所述压入颗粒的布置以螺栓孔为中心,向四周均匀分布、呈同心圆分布或呈放射状分布。
作为优选,所述压入颗粒中心距螺栓孔边距离不小于压入颗粒宽度的1倍,压入颗粒间的中心距离为压入颗粒宽度的2-10倍,压入颗粒距离不锈钢板边距离,不小于压入颗粒宽度的5倍;
作为优选,应有一定数量的颗粒分布在螺栓垫片所压紧的区域,压入颗粒布置遵循内紧外松的方式,靠近螺栓孔颗粒布置密度大,远离螺栓孔颗粒布置密度小,颗粒应交错布置。
作为优选,所述压入颗粒的压入方式可分为三种:包括:(1)在工厂里,先将压入颗粒压入不锈钢板表面,用螺栓临时固定,到施工现场,再换成高强螺栓连接,施加预紧力;(2)在加工现场,通过专门的仪器,将压入颗粒压入不锈钢板表面之后,不放松压力,同时安装高强螺栓,施加预紧力;(3)在施工现场,特殊情况下,如仪器设备不在现场,临时增加连接等,可通过对高强螺栓施加预紧力,直接将压入颗粒拧进不锈钢板。
本发明压入颗粒布置设计完成后,采用刷胶、真空导入成型等技术,将压入颗粒布置固定,方便压入。不锈钢高强螺栓所施加的预紧力,应保证不锈钢板间没有间隙,且在安全储备范围内,高强螺栓不会拉断。
本发明基于“压入颗粒抗滑移”的新机理,将人为控制的具有适当特性的颗粒压入不锈钢表面一定深度,在不锈钢接触表面间将形成稳定的“驻锚效应”及“盲孔螺栓效应”,进而可获得稳定、足够的抗滑移阻力,从而可满足在不锈钢结构连接中高效传递剪力的需要。本发明不仅适用于不锈钢结构,也适用于其他需要螺栓连接的表面光滑的金属结构。
本发明的有益效果为:1、实现了在不锈钢结构中采用依靠抗滑移阻力来传递剪力的高强螺栓连接,大大提高了不锈钢结构连接的性能。
2、与涂料、喷涂等方法相比,不需要对不锈钢表面进行复杂的处理,施工方便。
3、效果明显,性能优异。试验表明,采用这种不锈钢高强螺栓抗滑移连接方法,抗滑移系数可达0.8-1.0,与普遍不锈钢抗滑移系数相比,提高了3-4倍,与日本不锈钢表明处理技术相比,提高了1倍左右。进而可减少高强螺栓的使用数量。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图;
图2是本发明实施例1压入颗粒布置示意图;
图3是本发明不锈钢高强螺栓连接副示意图;
图4是本发明实施例2的结构示意图;
图5是本发明实施例2压入颗粒布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1:
如图1-2所示,本实施例的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,采用单摩擦面单栓连接,钢材连接板件3为304不锈钢板,板厚5mm。钢材连接板件3上开一个直径8mm螺栓孔4,在钢材连接板件3上布置压入颗粒2,压紧不钢材连接板件3,将压入颗粒2压入上下两个钢材连接板件3的接触面内,安装高强螺栓1。
压入颗粒2材料为440C不锈钢珠,压入颗粒2直径为2mm,使用4个颗粒,均匀布置,颗粒中心距孔边3mm。不锈钢高强螺栓1为A4-80,直径6mm,选用的螺栓连接副如图3所示,图中包括不锈钢弹簧垫片5、不锈钢平垫6和螺母7,施工扭矩为10N·m。
施工时,先将压入颗粒2用速干胶按设计好的布置方式,固定在钢材连接板件3上,盖上另一块钢材连接板件3,保证螺栓孔4对齐,利用压力机,将两块钢材连接板件3压紧,压入颗粒2压入上下两个接触面内。取下钢板,安装高强螺栓1。
实施例2:
如图4和5所示,本实施例的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,采用双摩擦面双栓连接,钢材连接板件3为316不锈钢板,板厚8mm。钢材连接板件3上开一个直径22mm螺栓孔4,在钢材连接板件3上布置压入颗粒2,压紧钢材连接板件3,将压入颗粒2压入上下两个钢材连接板件3的接触面内,安装高强螺栓1。
压入颗粒2材料为440C不锈钢珠,压入颗粒2直径为3mm,呈同心圆布置,压入颗粒2中心距孔边4mm。不锈钢高强螺栓1为A4-80,直径20mm,选用的螺栓连接副如图3所示,图中包括不锈钢弹簧垫片5、不锈钢平垫6和螺母7,施工扭矩为420N·m。
施工时,先将压入颗粒2在模具中按设计好的布置方式摆放好,利用真空导入技术,固定成形,将固定成形的压入颗粒2放置在钢材连接板件3上,盖上另一块钢材连接板件3,保证螺栓孔4对齐,利用压力机,将两块钢材连接板件3压紧,压入颗粒2压入上下两个接触面内。保持钢板压紧,安装高强螺栓1。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明,但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言,在本发明的原理和技术思想的范围内,对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:该方法包括钢材连接板件、压入颗粒和高强螺栓;
所述钢材连接板件为不锈钢板,所述高强螺栓为不锈钢高强螺栓;
所述压入颗粒为耐腐蚀的材料,压入颗粒的硬度、强度、韧性这些力学特性参数数值为不锈钢板的力学特性参数数值的1倍-5倍;
多块所述钢材连接板件通过高强螺栓连接在一起,钢材连接板件的接触面之间设有压入颗粒形成抗滑移面,压入颗粒围绕钢材连接板件上的螺栓孔设置;
所述不锈钢板件不需要对表面进行任何处理;
所述压入颗粒通过垂直荷载压入钢材连接板件的接触面,在抗滑移面形成明显、稳定的凹痕,钢材连接板件内可以有变形但不能有裂纹,钢材连接板件间压紧没有缝隙;
所述压入颗粒紧紧固定在所压出的凹痕内,通过压入颗粒与凹痕的卡紧与相互限制,阻止抗滑移面间的相互滑移。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:所述压入颗粒的形状选用球形、棱形、圆柱形或方形。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:所述压入颗粒的高度不大于不锈钢板厚度的一半。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:所述压入颗粒的布置以螺栓孔为中心,向四周均匀分布、呈同心圆分布或呈放射状分布。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:所述压入颗粒中心距螺栓孔边距离不小于压入颗粒宽度的1倍,压入颗粒间的中心距离为压入颗粒宽度的2-10倍,压入颗粒距离不锈钢板边距离,不小于压入颗粒宽度的5倍。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:所述压入颗粒布置遵循内紧外松的方式,靠近螺栓孔颗粒布置密度大,远离螺栓孔颗粒布置密度小,颗粒应交错布置。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢结构高强螺栓抗滑移连接方法,其特征在于:所述压入颗粒的压入方式可分为三种:包括:(1)在工厂里,先将压入颗粒压入不锈钢板表面,用螺栓临时固定,到施工现场,再换成高强螺栓连接,施加预紧力;(2)在加工现场,将压入颗粒压入不锈钢板表面之后,不放松压力,同时安装高强螺栓,施加预紧力;(3)在施工现场,通过对高强螺栓施加预紧力,直接将压入颗粒拧进不锈钢板。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160622 |