Investigación sobre estructura, rendimiento, aplicación y tendencia de desarrollo de pernos de alta resistencia al corte torsional

1 Introducción

Los pernos son los sujetadores más utilizados en estructuras de ingeniería y determinan directamente la estabilidad de la conexión y la seguridad general de las estructuras de acero en edificios, puentes y maquinaria. Como un nuevo tipo de ensamblado.sujetador de alta resistencia, los pernos de alta resistencia al corte por torsión tienen ventajas notables, como una construcción conveniente, una fuerza de preapriete precisa, una conexión uniforme y un excelente rendimiento sísmico. Han sido ampliamente adoptados y estudiados en varios proyectos de estructuras de acero, sirviendo como componentes centrales para conexiones en edificios prefabricados modernos y estructuras de alta resistencia. Este artículo describe sistemáticamente la configuración estructural, el principio de funcionamiento y las propiedades mecánicas centrales de los pernos de alta resistencia a corte por torsión, clasifica sus escenarios de aplicación de ingeniería y analiza sus tendencias futuras de investigación y desarrollo de aplicaciones combinadas con el estado industrial actual.

2 Estructura y principio de funcionamiento de los pernos de alta resistencia a corte torsional

Un perno de alta resistencia a corte por torsión consta de un vástago de perno, una tuerca especial, arandelas, una ranura de corte por torsión en la cola, un cabezal impulsor en forma de flor de ciruelo y un cuello de corte. En comparación con los pernos tradicionales de alta resistencia, tiene una estructura dedicada. Su característica estructural clave es un cuello de corte reducido con precisión y un extremo impulsor en forma de flor de ciruelo mecanizado en la cola del perno, que logra un apriete final controlado por torsión y una precarga precisa.

Su principio de funcionamiento de construcción difiere del mecanismo de disipación de energía mediante la deformación por corte torsional de los pernos ordinarios. Durante la instalación, se utiliza una llave de corte torsional especial; los manguitos interior y exterior sujetan la cabeza de la flor de ciruelo en la cola del perno y la tuerca respectivamente para aplicar el par sincrónicamente. A medida que la tuerca se aprieta continuamente, la fuerza de preapriete del perno aumenta de manera constante. Cuando la fuerza de preapriete alcanza el valor estándar diseñado, la fuerza de corte soportada por el cuello de corte en la cola del perno alcanza su límite, y la cabeza de flor de ciruelo en la cola se cortará automáticamente para terminar la construcción. Esta estructura puede controlar con precisión la fuerza de preapriete del perno y evitar el aflojamiento de la conexión, la precarga insuficiente o el daño por apriete excesivo causado por la desviación manual del torque, logrando un ensamblaje estandarizado y de alta precisión.

3 Rendimiento principal de los pernos de alta resistencia al corte torsional

3.1 Rendimiento mecánico de alta resistencia

Los pernos de alta resistencia al corte por torsión se fabrican principalmente a partir de acero estructural de aleación de alta calidad mediante tratamiento térmico de enfriamiento y revenido, con un grado de resistencia común de 10,9. Tienen excelentes propiedades mecánicas de tracción, corte y compresión. En comparación con los pernos ordinarios, su límite elástico, resistencia a la tracción y resistencia a la fatiga mejoran enormemente. Pueden soportar condiciones de trabajo a largo plazo con grandes cargas y altas tensiones en estructuras de acero, cumpliendo plenamente con los requisitos de diseño de conexiones de alta resistencia de edificios de gran altura, puentes de gran luz y estructuras de acero pesadas, y ofreciendo una mayor estabilidad de carga estructural.

3.2 Buen desempeño sísmico y estabilidad estructural

Pernos de alta resistencia al corte por torsiónLogre un contacto estrecho mediante una fuerza de preapriete precisa y uniforme con espacios mínimos en las superficies de contacto. Pueden restringir eficazmente el deslizamiento y el aflojamiento de conexiones estructurales bajo vibración y cargas alternas. Bajo cargas externas alternas, como terremotos y fuerzas del viento, la conexión atornillada soporta una tensión uniforme, que puede distribuir y transferir eficazmente la tensión estructural, reducir la concentración de tensión local, disminuir el riesgo de deformación estructural y falla de la conexión, y mejorar significativamente el rendimiento sísmico general y la durabilidad a la fatiga de las estructuras de acero.

4 aplicaciones de ingeniería de pernos de alta resistencia a corte torsional

Beneficiándose de una alta precisión de ensamblaje, una rápida velocidad de construcción, una conexión confiable y un buen rendimiento sísmico, los pernos de alta resistencia al corte por torsión se usan ampliamente en posiciones clave de conexión de diversas estructuras de acero. En el sector de la construcción, se utilizan principalmente para uniones de estructuras de acero de edificios de gran y gran altura y para uniones prefabricadas de vigas y columnas de acero. En la ingeniería de transporte, se aplican ampliamente a puentes de acero de gran luz, estructuras de soporte de puentes y conexiones de acero de pasarelas. Además, son adecuados para maquinaria de ingeniería, estructuras de herramientas aeroespaciales, soportes de acero para equipos de gran escala y otros escenarios que requieren alta precisión y seguridad de conexión. Estos pernos pueden garantizar eficazmente la estabilidad, seguridad y durabilidad de toda la estructura y cumplir con los requisitos de construcción de los proyectos modernos de estructuras de acero de alto nivel.

5 direcciones de desarrollo futuro de los pernos de alta resistencia al corte torsional

5.1 Investigación y Desarrollo de Materiales Especiales de Alto Rendimiento

Las investigaciones futuras pueden centrarse en el desarrollo y la aplicación de nuevos materiales de aleaciones especiales de alta resistencia, alta tenacidad y resistentes a la corrosión, y optimizar los procesos de tratamiento térmico del acero. Esto mejora aún más el grado de resistencia del perno, la tenacidad a baja temperatura, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la fatiga para adaptarse a condiciones de ingeniería extremadamente duras, como la niebla salina marina, las bajas temperaturas frías y la corrosión química, ampliando su alcance de aplicación en escenarios especiales.

5.2 Optimización del diseño estructural

Combinado con las características de tensión reales en ingeniería, optimiza el diseño dimensional del cuello de corte, el perfil de la rosca y la estructura del vástago para mejorar aún más la precisión de la fuerza de preapriete y la estabilidad del torque de la estructura. Mientras tanto, optimizar el sistema de combinación de productos, desarrollar nuevas estructuras de pernos de corte torsionales adaptadas a estructuras de formas especiales, espacios estrechos y condiciones de trabajo de carga pesada, y mejorar la versatilidad y adaptabilidad del producto.

5.3 Investigación en profundidad sobre simulación numérica y experimentos

Con tecnología de simulación numérica de elementos finitos combinada con carga estática, carga de fatiga y pruebas de impacto sísmico, estudia sistemáticamente la respuesta mecánica, el mecanismo de falla y la ley de deformación de pernos de alta resistencia a corte de torsión bajo cargas complejas, vibración alterna y temperaturas extremas. Mejore su sistema teórico de tensión y proporcione bases teóricas y experimentales más científicas y precisas para el diseño de ingeniería, la optimización de las especificaciones de construcción y la aplicación segura.

6 Conclusión

Como fijaciones especiales de alto rendimiento adecuadas para la ingeniería moderna de estructuras de acero, corte torsionalpernos de alta resistencia Tienen ventajas sobresalientes que incluyen alta resistencia, precarga precisa, ensamblaje eficiente, buen rendimiento sísmico y conexión confiable. Disfrutan de amplias perspectivas de aplicación en campos de estructuras de acero como la construcción, puentes y equipos de alta gama. En la actualidad, este tipo de perno todavía tiene limitaciones, incluida una escasa adaptabilidad a condiciones de trabajo extremas y un sistema estructural único. En el futuro, la investigación multidimensional, como el desarrollo de materiales especiales, la optimización del diseño estructural y la mejora de la simulación numérica y los sistemas experimentales, pueden mejorar aún más su rendimiento mecánico y adaptabilidad ambiental, ampliar su alcance de aplicación, promover la popularización de pernos de alta resistencia al corte torsional en escenarios de ingeniería extremos, complejos y de alta gama, y ​​brindar un soporte sólido para la operación segura y estable de proyectos de estructuras de acero.