介绍
中国钢结构协会钢结构设计分会第二届理事会第一次会议暨第五届建筑结构总工程师高峰论坛于8月18日在北京召开。会议期间，中冶建筑研究总院技术总监、协会秘书长侯照新作了精彩的报告。钢结构微信公众号将整理报告内容，分享给大家！
1 国内外高强度螺栓连接设计对比分析
高强度螺栓连接的几个概念
高强度螺栓剪力连接典型荷载-变形曲线
背景
1. 背景 1
• 制定替代钢材的设计指南
•我国设计指标普遍较低
• 需要解释的监管体系问题
2. 背景 2
• 参与 ISO/TC 167/WG 03“钢结构施工”
• 国外同行对质量有误解，钢材、焊缝都差不多，就是螺栓不一样。
3. 背景 3
• 由于装配式结构的发展需求，钢结构现场焊接特别是现场全熔透焊接质量难以保证，有悖于预制化。
1、主要国家高强度螺栓对比/基本相同：8.8s&10.9s
2、螺栓预紧力设计值对比/整体比欧洲标准低10%、比美国标准低15%
3. 防滑系数比较/与材料、厚度和涂层摩擦面无关
4.螺栓剪切强度对比/10.9相同，8.8相差20%
5、孔壁压力强度对比/高强度螺栓高5.5%，普通螺栓高50%以上
螺栓孔壁承载强度一般与螺栓强度关系不大，主要受边距、孔径、连接板强度影响，因此欧标普通螺栓与高强螺栓承载强度相同，但国标则相差较大，Q235高1倍，Q345高50倍。
6.高强度螺栓抗拉强度/撬力系数0.2P对比，差距还很大
欧洲标准螺栓抗拉承载力
，而国家标准是
前者是后者的1.44倍，其中一个重要原因是EN 1993要求具体计算撬力并将其与外力叠加作为设计拉力，而GB 50017一般给单个螺栓承载力取0.8P倍撬力折减量；
另外螺栓预紧力P比欧洲标准低10%，这两个因素综合起来，导致差距很大。
7. 摩擦剪拉连接承载力比较/撬动系数，差异0~15%
从公式形式上看，两标准对摩擦剪拉连接均采用通过线性回归得到的线性形式公式，为方便研究两公式的具体区别，我们仍以10.9级螺栓为例，将公式改写为，分母的无量纲形式如下：
欧标与国标摩擦剪拉连接公式最大的区别还是在螺栓抗拉承载力的提供上，原因在于两者对撬力的处理不同，整体受力低于欧标
8. 压剪拉连接承载力比较/与拉力荷载相关
从公式形式上看，欧标是通过线性回归得到的直线公式，而国标则是通过非线性回归得到的椭圆公式。这里为了方便研究两个公式的具体区别，以抗剪承载力基本相同的10.9级螺栓为例，将公式重写为分母为的无量纲形式为：
从曲线形式来看，线性回归的直线形式更安全，但由于国标考虑了撬力的影响，拉伸设计值大幅降低，使椭圆长轴缩短，低拉伸区防滑设计值略高于欧标。
9、螺栓孔距比较/孔距越小，节点板尺寸越小，承载力越大
测试结果
四螺栓试件测得的抗滑移系数要求双螺栓试件更高，平均为7.1%。
对于双栓和四栓试件钢结构螺栓图片，孔距增大，抗滑移系数略有减小，英国、日本、美国、俄罗斯所规定的最小孔距均小于中国规范所规定的值，抗滑移系数值较大。
四栓试件分别比国内高10.3%和6.7%；
双螺栓试件分别比国内高14.3%和7.7%。
对于双螺栓和四螺栓试件，节点板尺寸要大30％以上。
10. 结论和建议
螺栓数量减少 10%，节点尺寸更小，摩擦表面有涂层
焊接适用于工厂连接，螺栓适用于现场连接。与焊接特别是现场全熔透焊接相比，高强螺栓连接具有更优异的连接性能，质量控制也更加容易！
2 高强度螺栓连接研究进展
研究内容及进展
问题
现场组装要求
灵感/网格螺栓球节点+日本光束穿透节点
概念提案/纸面方案+模型动画+试制样品
节点变形/框架节点位置+连接刚度+施工便捷
研究思路
设定目标
• 标准化节点：节点与梁、柱完全分离
• 可变梁柱连接刚度：刚性、半刚性、铰接
• 全螺栓连接：无需对接焊
• 节省螺栓：法兰面积可减少一半
• 可螺栓连接和焊接：法兰焊缝为角焊缝
• 快速组装：梁翼缘搭接
细化问题
• 法兰处的角焊缝是否能满足刚度要求？
• 法兰处的螺栓连接是否满足半刚性特性？
• 腹板螺栓连接和法兰搭接接头是否采用铰接？
• 柱法兰连接能否保证柱的连续性？
问题1/梁翼缘角焊缝连接的力学性能
实验研究-破坏现象
实验研究——比较分析
试验得到的弯矩-转角曲线与有限元分析结果总体比较接近，破坏模式也比较相似，试验条件下构件的变形量较有限元分析结果要小，但考察的初始刚度误差极小，可以满足刚度连接的要求。
问题2/ 梁翼缘螺栓连接受力性能
实验研究——损伤现象
实验研究——比较分析
试验结果的弯矩-转角曲线普遍位于有限元分析结果的下方，表现出明显的刚性-半刚性特征。
问题3/梁腹螺栓连接及法兰搭接接头应力性能
实验研究 – 失效现象：梁翼缘释放连接的行为
实验研究-比较分析
对比试验结果与有限元结果可知，初始刚度相近，进入塑性平滑阶段时的转角和弯矩较小，有限的耗能能力是由翼缘板的屈服弯曲塑性变形和腹板螺栓孔的拉伸塑性变形产生的，具有明显的铰接特征。
问题4/柱法兰连接应力性能
实验研究——破坏现象
实验研究——比较分析
将试验结果与有限元结果进行对比钢结构螺栓图片，二者初始刚度接近，后续刚度和峰值承载力有限元结果均大于试验值；当柱法兰连接螺栓强度不足时，连接耗能能力有限，表现出刚性连接的特点。
研究成果总结/连接刚度特性
工程应用/中冶研究院新实验办公楼
新建的中冶建研院实验办公楼采用标准化节点，梁与节点采用刚接，柱与节点在工厂内焊接成两层预制单元。
法兰角焊缝连接
标准化节点物理图
标准化节点施工图
