大直径铰接螺栓连接件荷载传递机制与承载力参数分析

《Buildings》：Numerical Investigation of the Shear Performance of Large-Diameter Hinged-Bolt Connectors in Steel–UHPC Composite Beams

　　大直径铰接螺栓连接件显著减少了传统螺栓连接中因螺栓与孔间隙引起的早期滑移，同时避免了钢-超高性能混凝土组合梁中大型带头栓钉的焊接相关问题。然而，其内部荷载传递机制无法通过推出试验直接量化。本文建立了一个三维非线性有限元模型，并针对十二个推出试件进行了验证。对于超高性能混凝土试件，该模型对峰值抗剪承载力和极限滑移提供了定量可靠的预测，并准确捕捉了控制性的螺栓剪切断裂破坏模式。利用验证后的模型，量化了沿铰接螺栓的剪力、轴力和弯矩分布。在排除受混凝土压碎或钢翼缘严重变形显著影响的试件后，其余试件的最大螺栓剪力约为相应纯剪承载力的68%-83%，最大轴力约为纯拉承载力的10%-20%。对于所研究的试件，有效混凝土反力长度平均为光滑杆部直径的1.53倍。参数分析表明，将螺栓等级从4.6提高至12.9，峰值抗剪承载力提升约131%，同时主导响应逐渐从螺栓剪切断裂转向超高性能混凝土压碎。螺栓长径比为2.6-4.0时产生类似的螺栓断裂控制响应，而长径比为1.0则导致超高性能混凝土拔出破坏。将钢材等级从Q355提高至Q690，以及将纵向螺栓间距从四倍增至七倍公称螺栓直径，峰值承载力仅分别提升7.3%和4.0%。这些发现为大直径铰接螺栓连接件的合理设计提供了力学基础。