幕墻點式支承玻璃建筑中金屬連接件的簡化設計方法（上）

　　與材料非線性有限元分析的結果完全相符,因此可用線性有限元分析計算緊固件在彈性階段的應力狀態。

　　根據有限元分析可以得到緊固件在受拉、受壓、受剪、拉剪和壓剪情況下的應力狀態。

　　1)緊固件受拉時,上墊板的下表面受壓,在上墊板和螺桿(或內軸)連接處會產生應力集中;

　　2)緊固件受壓時,在下墊板和螺桿(或內軸)之間會產生應力集中;

　　3)當緊固件受剪時,在螺桿的端部出現最大應力;

　　4)在拉剪和壓剪綜合作用情況下,墊板和螺桿(或內軸)連接處以及螺桿端部都可能出現最大vonMises應力,因此當緊固件受拉剪和壓剪時,是墊板與螺桿(或內軸)連接處和螺桿端部同時起應力控制作用。根據線性有限元分析可以算得緊固件在受拉和受壓情況下的應力集中系數γ(應力集中處應力/螺桿端部應力),見表2。


　　根據以上分析,可以得到各種緊固件在拉剪和壓剪情況下承載力計算的統一公式。等連接件的材料采用合金鋼1Cr18Ni9。根據我們的材質試驗研究結果,這種材料在進行單向拉伸試驗時沒有明顯的屈服平臺,因此取塑性應變為0·2%時的應力值作為其屈服強度。

　　2　緊固件承載力的簡化設計方法
　　2·1　緊固件承載力的設計公式
　　根據緊固件的試驗和非線性有限元分析結果可知,考慮材料非線性的有限元分析能夠模擬試件加載的全過程[3]。由于在彈性階段,線性有限元分析式中,Ae為螺桿的有效截面積;We為螺桿的有效彈性抵抗矩;γ為應力集中系數;hc為剪力作用點到螺桿端部的距離,見圖2;σy為緊固件材料的屈服強度。式(1)、式(2)中的第一式表明緊固件受拉和受壓時的集中應力應不超過材料屈服強度;第二式表明在承受拉、剪共同作用或壓、剪共同作用時,緊固件螺桿端部的最大正應力應不超過材料的屈服強度。通過式(1)、式(2)可以算得各緊固件在受拉和受壓情況下屈服時的拉力和壓力,并與理論和有限元結果[2]做一比較(表3)。由于兩公式采用了材料強度設計值,所以算得的承載力設計值比有限元分析結果要小,但仍然大于典型四邊雙層玻璃板各支承點所承受的實際荷載(此工程中為1·8kN)。

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