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拼裝金屬波紋涵管專(zhuān)用高強(qiáng)度螺栓的要求

發(fā)表時(shí)間:2022-6-15   瀏覽次數(shù):

      金屬波紋涵管的設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行力學(xué)計(jì)算的前提假設(shè)為:不考慮波紋管的搭接頭,設(shè)波紋管沿周向是均勻、連續(xù)、光滑的,然而金屬波紋涵管實(shí)際施工過(guò)程中是采用片狀波紋板,并利用高強(qiáng)螺栓連接拼裝起來(lái)的,由于金屬波紋涵管的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工的這一對(duì)矛盾的存在,決定了金屬波紋涵管安裝施工的關(guān)鍵是金屬波紋板材的環(huán)向連接和軸向連接的強(qiáng)度能否與不考慮搭接頭的整體波紋涵管的強(qiáng)度相一致,根據(jù)金屬波紋涵管的受力特性及傳力特點(diǎn),結(jié)合有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)規(guī)范,分析鋼波紋管涵螺栓設(shè)計(jì)要點(diǎn)為:
  (1)螺栓的預(yù)緊力;
  (2)螺栓的選型;
  (3)螺栓孔的分布(孔徑大小、孔間距、邊距值、孔位置的布列);
  以上三方面是確保拼裝后的鋼波紋涵管與設(shè)計(jì)的鋼質(zhì)波紋涵管的整體受力特性及整體剛度相一致的關(guān)鍵。
  2.1螺栓預(yù)緊力的工作原理
  根據(jù)前蘇聯(lián)E.и.別列尼亞主編的《金屬結(jié)構(gòu)》1988年8月第一版關(guān)于高強(qiáng)螺栓工作原理的描述表明:“高強(qiáng)螺栓達(dá)到很大的預(yù)緊力,將連接構(gòu)件緊密拉牢,保證連接成為整體,當(dāng)這樣的連接作用剪力時(shí),被連接件間產(chǎn)生摩擦力,阻止這些構(gòu)件彼此間相對(duì)剪移。這樣,高強(qiáng)螺栓本身受軸向拉力,能保證靠被連接件之間的摩擦力傳遞剪力!苯Y(jié)合螺栓連接的工作過(guò)程原理:“第一階段,當(dāng)被連接構(gòu)件的摩擦力尚未被克服時(shí),螺栓本身不受剪力而僅受拉力,整個(gè)連接彈性工作,用高強(qiáng)螺栓的耐剪連接就是這樣工作。外剪力增大,內(nèi)摩擦力被克服,并進(jìn)入第二階段,即整個(gè)連接剪移了由孔表面到螺栓桿之間的縫隙量。第三階段,剪切基本上靠孔表面對(duì)螺栓桿壓力來(lái)傳遞;螺栓桿及孔邊逐漸擠壓;螺栓彎曲、受拉,因?yàn)槁菟^和螺帽阻礙螺桿自由彎曲。漸漸連接的緊密性破壞,摩擦力減小,連接進(jìn)入第四工作階段,即彈塑性階段。連接因螺栓剪切、被連接件之一擠壓和穿破或者螺栓頭拉掉而破壞”。
  因此,金屬波紋涵管在拼裝過(guò)程中高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力是高強(qiáng)螺栓靠摩擦力傳遞剪力的根本保證,只有高強(qiáng)螺栓達(dá)到足夠的預(yù)緊力,才能使得被連接件(波紋板)產(chǎn)生足夠大的摩擦力滿(mǎn)足波紋管在荷載作用下產(chǎn)生的剪力的要求。如果摩擦力過(guò)小,則被連接件的摩擦力被克服,高強(qiáng)螺栓迅速進(jìn)入第二、三、四工作階段,使得螺栓或被連接件(波紋板)受損破壞。
  2.2螺栓預(yù)緊力的理論依據(jù)
  由于柔性涵洞管與地基之間的相互作用十分復(fù)雜,目前雖然已有考慮到地基塑性變形、極限平衡的計(jì)算理論,但涉及到的土體參數(shù)較多、計(jì)算復(fù)雜,不便于工程應(yīng)用。因此,可以從工程設(shè)計(jì)的角度用有限元分析的方法根據(jù)鋼質(zhì)波紋涵管參數(shù)(管道形狀、幾何尺寸、截面幾何形狀、彈性模量、泊松比、管頂至路面的距離)、土體參數(shù)(容重、彈性模量、內(nèi)摩擦角)、車(chē)輛荷載參數(shù)(設(shè)計(jì)荷載、驗(yàn)算荷載、荷載分布角)等,將波紋管采用殼體單元,土體采用實(shí)體單元,選取半個(gè)波紋按對(duì)稱(chēng)條件,利用美國(guó)MacNeal-Schwendler公司的大型商用有限元計(jì)算程序NASTRAN計(jì)算出鋼質(zhì)波紋管的各項(xiàng)應(yīng)力:
 、、波峰應(yīng)力σf
 、、波谷應(yīng)力σg
 、、剪應(yīng)力τ
  根據(jù)波峰、波谷應(yīng)力可以計(jì)算出鋼質(zhì)波紋管的:
 、、薄膜應(yīng)力σn=(of+σg)/2
 、、彎曲應(yīng)力σw=(σf-σg)/2
  根據(jù)鋼質(zhì)波紋管的薄膜應(yīng)力(σn)和剪應(yīng)力(τ)可以計(jì)算出螺栓的剪力Q:
 、、環(huán)向正壓力=N=σn×A
 、凇M剪力=Qh=×A
 、邸⒑霞袅=(N+Qh)1/2
  其中----A為高強(qiáng)螺栓的與構(gòu)件的接觸面面積
  2.3螺栓預(yù)緊力的計(jì)算
  根據(jù)《德國(guó)鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)010》1974年1月版關(guān)于高強(qiáng)螺栓摩擦連接(GV連接)的計(jì)算方法:在摩擦連接中,當(dāng)螺栓孔的間隙為lmm時(shí),每根螺栓的預(yù)拉力:
  Pv=υ×NGV/μ
  式中Pv--------表示每根螺栓的預(yù)拉力;
  υ---------表示抗滑安全系數(shù);
  μ---------表示接觸面的摩擦系數(shù);
  NGV-------表示一根螺栓一個(gè)摩擦面的剪力,等于螺栓的合剪力Q
  因此,波紋涵管拼裝過(guò)程中的螺栓的預(yù)緊力:
  P=υ×Q/μ
  其中υ、μ可以根據(jù)實(shí)際情況查表,Q為有限元分析計(jì)算結(jié)果,將有關(guān)數(shù)值帶人上式就可以計(jì)算出施工中需要達(dá)到的預(yù)緊力(P)。
  2.4螺栓的選型
  根據(jù)實(shí)際施工中需要的預(yù)緊力,可以參照下表(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》)選用合適的高強(qiáng)螺栓應(yīng)用于工程施工。
  表1每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P(kN)
  
  2.5螺栓孔的分布設(shè)計(jì)
  根據(jù)鋼波紋涵管施工工藝及結(jié)構(gòu)特性,金屬波紋管涵施工屬于鋼結(jié)構(gòu)施工的一種,鋼質(zhì)波紋管施工應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求、鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范等進(jìn)行施工,并必須達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)施工的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
  2.5.1孔徑大小
  根據(jù)預(yù)緊力的要求選用的螺栓可以參照《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》中的高強(qiáng)螺栓孔徑選配表選擇適當(dāng)?shù)目讖,以滿(mǎn)足工程施工的規(guī)范要求;
  表2高強(qiáng)度螺栓孔徑選配表(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》)
  
  注:承壓型連接中高強(qiáng)螺栓孔徑可按表中值減小0.5-1.1mm。
  2.5.2孔間距及邊距值
  根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》要求,波紋板螺栓孔的孔間距及邊距值可以參照下表確定適當(dāng)?shù)膮?shù),以滿(mǎn)足工程施工的規(guī)范要求;
  表3高強(qiáng)度螺栓的孔距和邊距值(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)。施工及驗(yàn)收規(guī)程》)
  
  注:1)d0為高強(qiáng)度螺栓的孔徑,t為外層較薄板件的厚度;
  2)鋼板邊緣與剛性構(gòu)件相連的高強(qiáng)度螺栓的最大間距,可按中間排數(shù)值采用;
  2.5.3孔位置的布列
  根據(jù)蘇聯(lián)E.и.別列尼亞主編的《金屬結(jié)構(gòu)))1988年8月第一版以及《建筑施工手冊(cè)))1977年4月第三版關(guān)于螺栓的分布原理分析和結(jié)論,構(gòu)件連接的螺栓分布宜采用并列或錯(cuò)列。


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     衡水力能新材料工程有限公司主要生產(chǎn)波紋涵管、鍍鋅波紋管涵、隧道加固波紋板等產(chǎn)品,公司創(chuàng)立于2008年,公司位于衡水市濱湖新區(qū)開(kāi)發(fā)區(qū)。公司現(xiàn)注冊(cè)資金一億零五百萬(wàn)元,年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)2.5億元,成為國(guó)內(nèi)規(guī)模較大的波紋涵管,防護(hù)網(wǎng)生產(chǎn)企業(yè)。 公司自創(chuàng)建以來(lái)就堅(jiān)持人為本、夯實(shí)質(zhì)量、持續(xù)發(fā)展、顧客滿(mǎn)意”的質(zhì)量方針,建立了科學(xué)完善的質(zhì)量管理與保證體系,F(xiàn)已形成以鋼波...

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