冷弯薄壁型钢结构体系中自攻螺钉连接的抗剪性能试验研究

为了研究钢板与钢板、钢板与定向刨花板(OSB板)以及钢板与硅酸钙板(CSB)之间(自钻)自攻螺钉连接的抗剪性能,对32个螺钉连接试件进行了试验研究,研究了螺钉连接试件的受力过程和受力模式,分析了钢板厚度、板材受拉纤维方向的差异、加载速度以及螺钉至板材边缘距离等参数对试件受剪承载力的影响.试验结果表明:钢板与钢板连接的破坏形态为螺钉孔处钢板局部承压和螺钉头被剪断;钢板与OSB板连接最终发生自攻螺钉的过度倾斜和OSB板端部的劈裂分层;钢板与CSB板连接的破坏模式为自攻螺钉处CSB板被净截面拉断.随着钢板厚度以及螺钉至板材边缘距离的增加,自攻螺钉连接的受剪承载力有所提高;随着加载速度的增加,钢板与钢板连接以及钢板与CSB板连接试件的受剪承载力略有增加,钢板与OSB板连接试件的受剪承载能力出现一定降低.OSB板与CSB板的方向性导致纵向纤维受拉试件的受剪承载力明显高于横向纤维受拉试件.     

冷弯型钢组合墙体抗剪承载力简化计算方法研究

对组合墙体抵抗水平剪力的受力机理进行了分析研究,在借鉴传统木结构房屋组合墙体抗剪承载力设计方法的基础上,分别用整体分析方法和剪力流分析方法对组合墙体上自攻螺钉受力进行分析,推导了单个自攻螺钉抗剪承载力与组合墙体抗剪承载力之间的关系,提出了冷弯型钢组合墙体的抗剪承载力计算公式及建议.并将本文公式计算结果与试验结果进行比较分析.结果表明:两种简化分析方法的计算结果均小于由组合墙体抗剪试验结果反算得到的抗剪承载力设计值,简化公式计算结果偏于安全,且剪力流分析方法较整体分析方法更为简便.本文提出的冷弯型钢组合墙体抗剪承载力计算公式,计算结果安全合理,计算过程简单实用,可供实际工程设计参考.     

锁铆连接在模块化装配式冷弯薄壁型钢结构中应用可行性研究

为了解决锁铆技术在装配式冷弯薄壁型钢结构中应用的问题,采用5种常见厚度的冷弯薄壁型钢锁铆连接及自攻螺钉连接进行了抗剪性能、抗拉性能对比试验;以自攻螺钉连接的性能为标准,依据抗剪与抗拉的承载力、刚度、延性、变形量等性能指标分析了锁铆连接力学性能的可行性;基于冷弯薄壁型钢结构房屋工地建造方式及锁铆连接工艺的特殊性,分析了锁铆连接施工可行性.研究结果表明:同等情况下,锁铆连接的抗拉性能指标及抗剪承载力、抗剪刚度、剪切延性均优于自攻螺钉连接,尤其抗剪刚度优势显著,但剪切变形相对较小;锁铆连接应用于非抗震结构中可行性较大,对于有抗震需求的结构可行性有待进一步验证;锁铆仅适用于工厂生产加工的模块化装配式冷弯薄壁型钢结构体系,且被连接的钢板组合厚度不宜大于4 mm.     

冷弯薄壁构件与组合板螺钉连接推出试验研究

为研究冷弯薄壁型钢组合楼盖中螺钉连接的受力性能和破坏模式,对4个冷弯薄壁构件与组合板采用自攻螺钉连接的推出试件进行了单调静载试验。通过推出试验研究了不同抗剪构造措施和不同楼板面材料对推出试件抗剪刚度、抗剪承载力及粘结性能的影响。试验结果表明:石膏基自流平砂浆推出试件在发生局部粘结破坏后,砂浆面板逐步退出工作,试件因压型钢板屈曲和螺钉倾斜而破坏;混凝土推出试件在发生局部粘结破坏后,螺钉连接未发生破坏,试件因混凝土面板脱落而破坏;在组合板中加入抗剪构造可提高试件的粘结性能和抗剪刚度,但会降低抗剪承载力。采用《冷弯薄壁型钢结构设计规范》(GB 50018-2002)计算推出试件中单颗螺钉的抗剪承载力较为合理。     

冷弯薄壁型钢单颗自攻螺钉抗剪连接性能研究

为研究中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）计算壁厚2mm以下钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的适用性和钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法,对钢板-钢板、钢板-石膏板以及钢板一定向刨花板（OSB板）连接件共计34个试件进行了试验研究,分析了板材类型、螺钉端距等因素对连接件抗剪承载力的影响,并将中国规范、英国规范和北美AISIS100—12规范计算结果与试验结果进行对比分析,最后提出钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承栽力设计方法。研究结果表明：钢板-OSB板、钢板-石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏,且具有明显的方向性;随螺钉端距的增大,试件抗剪承栽力有所提高;中国规范GB50018-2002适用于壁厚2mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算,且偏于安全。     

装配式冷弯薄壁型钢结构中4种连接的抗剪性能试验研究

为了解决自攻螺钉、拉铆钉、无铆、锁铆连接技术在装配式冷弯薄壁型钢结构中应用可行性的问题,对不同板厚组合下4种连接的抗剪性能进行了试验研究:总结了4种连接的破坏模式及荷载-变形曲线;考察了板厚比对不同连接力学性能及破坏模式的影响;通过力学性能与施工可行性的对比分析,综合评估了4种连接技术应用于装配式冷弯型钢结构中的可行性.研究结果表明:板厚比对无铆连接的破坏模式影响较小,而对自攻螺钉、拉铆钉、锁铆连接的影响较大;自攻螺钉和拉铆钉连接具有较高的承载力和变形能力,且施工灵活性较高,但自动化程度很低,主要适用于现场建造的冷弯薄壁型钢结构;无铆连接的承载力、变形能力低,且施工灵活性差,不宜用于冷弯薄壁型钢结构中的受力构件;锁铆连接具有较好的力学性能,且工序简单,自动化程度、连接效率高,成形质量好,主要适用于装配式冷弯薄壁型钢结构.基于前述研究,提出了与规范相统一的锁铆连接抗剪承载力计算公式,其计算精度高、离散性小.     

开门洞的冷弯薄壁型钢立柱组合墙体抗剪性能研究

采用ANSYS有限元软件对无开洞、开门洞的冷弯薄壁型钢立柱组合墙体的抗剪性能进行了分析。在建立有限元模型时,选用塑性壳单元,考虑到材料非线性和几何非线性的影响,采用耦合模拟自攻螺钉连接。通过与试验数据对比,先验证有限元方法的正确性,然后采用此方法分析了开门洞的组合墙体和无开洞组合墙体抗剪性能。结果表明,在无开洞时墙体呈脆性破坏,而有门洞时则呈延性破坏;开门洞组合墙体抗剪承载力和初始剪切模量随门洞宽度增大而显著降低,随门洞高度增大则减小幅度较少。     

木结构主次梁新型挂钩件连接节点的受力性能

为研究新型木结构主次梁新型金属挂钩件连接节点的受力机理,参照ASTM针对挂钩件的测试标准,进行了8个模型的竖向加载静力试验,得到了节点承载力与主、次梁相对变形曲线和2种典型破坏模式.建立了新型挂钩件节点的ABAQUS三维实体有限元模型,与试验结果和试验现象对照,验证了有限元模型的准确性.采用该模型对挂钩件节点进行参数分析,研究了挂钩件翼缘厚度和宽度对节点抗剪极限承载力和刚度的影响.对挂钩件节点进行详细受力分析,提出了该新型挂钩件节点的简化受力模型,推导了节点的极限承载力计算公式和破坏模式的判别方法,与试验结果吻合良好.     

钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法

为能够对使用众多高强螺栓群拼接的钢结构大型复杂节点进行精确的有限元数值模拟分析,并揭示螺栓拼接节点在各阶段的受力性能,提出了一种以连接件单元代替螺栓的简化模拟方法。对高强螺栓单剪连接使用实体单元建模,并考虑各种非线性影响,进行精细的有限元模拟分析。在深入研究连接的弹性、滑移、强化和屈服等各个阶段受力机理的基础上,给出了代替螺栓连接件的本构关系,并将其成功应用于简化的壳单元连接模型中。针对工程中常用的不同规格连接进行了大量算例分析,并将简化模型与精细模型计算结果进行对比,验证了所提方法在高强螺栓拉剪连接有限元模拟中的可行性,为使用数值模拟方法揭示大型复杂螺栓群连接节点的真实受力状态奠定了基础。     

轴压复合节能轻质墙板有限元分析

为研究轴心受压复合节能轻质墙板受力性能,以轴压墙板试验为基础,建立了轴压墙板的有限元模型。通过与轴压墙板试验研究结果进行比较,验证了所建轴压复合节能轻质墙板有限元模型的正确性。利用该有限元模型,探讨了自攻螺钉间距、直径等参数对轴压复合节能轻质墙板承载能力影响程度与规律。通过研究可知,自攻螺钉间距、直径与薄面板强度、弹性模量等参数对墙板轴压承载能力有较大影响。并以此为基础,提出复合节能轻质墙板轴压承载力简化计算公式。     

冷弯薄壁型钢梁柱连接节点有限元分析

在冷弯薄壁型钢梁柱节点连接上,随着4 mm以下冷弯薄壁型钢结构在国内外的快速发展,自攻螺钉以其施工方便快捷的优势已成为这类结构的最主要连接方式,其连接性能的研究日益受到重视.利用有限元分析软件对自攻螺钉与普通螺栓应用于冷弯薄壁型钢梁柱节点的连接性能进行分析,并得出结论.     

冷弯薄壁型钢组合墙体抗侧刚度计算方法研究

对组合墙体抵抗水平剪力的受力机理进行了分析研究,在借鉴传统木结构房屋组合墙体侧向力作用下变形的研究基础上,文中采用整体受力分析法计算每个自攻螺钉的受力和采用线性插值来计算每个自攻螺钉的滑移位移．利用虚功原理提出了冷弯薄壁型钢组合墙体的刚度计算公式及建议．可供实际工程设计参考．     

冷弯薄壁型钢焊接节点试验研究及有限元分析

冷弯薄壁型钢节点通常采用拉铆钉或自攻螺钉作为连接方式.这种连接方式的缺点是承载力低,对构件的截面有削弱.为此,本文通过采用试验研究方法和有限元分析方法,对冷弯薄壁型钢的焊接节点进行了研究和分析,得到了关于冷弯薄壁型钢焊接节点的有益结论.     

螺纹结构精确有限元建模及有效性分析

在对螺纹部件进行有限元分析时，由于螺纹复杂的几何结构，螺纹部件的内外螺纹面往往难以啮合，常造成螺纹结构有限元建模困难、模型数值计算收敛性差等问题。本文基于螺纹垂直于其轴线的任意横截面几何形状相同的事实，选取国际标准化组织（ISO）制定的标准螺旋线公式，采用三维八节点单元，精确建立了螺纹连接件有限元模型。该模型不仅考虑了螺纹螺旋升角对模型的影响，且组成每个节距的单元层整齐排列，每层单元上的节点编号有序分布，内外螺纹面上的节点相互贴近。这些特质使得模型能够准确映射工程中螺纹连接结构的力学特性、优化模型数值计算收敛状况、便于对模型数值计算结果开展力学剖面分析。为验证本文螺纹连接结构有限元建模方案的有效性。首先从理论分析方面对螺纹连接结构中拧紧转角与预紧力的关系和螺纹连接结构中轴向力的分布进行了计算推导，并以M12标准螺栓为例计算出其轴向力分布。然后通过数值实验的方法先后验证了该螺纹连接结构拧紧转角和预紧力关系与理论分析结果的一致性、M12螺栓的轴向力分布与理论计算结果的一致性、螺纹齿根处应力集中系数状态与实验结果的一致性、应力分布和塑性应变分布与实际工程测量的一致性。该螺纹连接结构有限元模型生成的方案通过C++编程语言在Qt平台上借助OpenGL工具开发了一款“螺栓螺母有限元参数化建模软件”，软件可根据输入的螺纹直径、节距数量等参数快捷地查看和生成不同型号的螺栓螺母三维有限元模型，在工程分析和优化设计中，既避免了设计人员繁琐的重复劳动，又提高了设计精度和工作效率，能更好地满足实际工程需要。     

多层钢框架顶底角钢连接节点的受力性能研究

通过拟静力试验以及有限元ALGOR程序,对顶底角钢连接节点进行了低周反复荷载作用下试验研究和有限元分析,研究了顶底角钢连接节点的破坏形式、受力性能。分析结果表明:该类节点的强度与刚度主要取决于角钢的强度与刚度,角钢厚度的不同直接影响节点的性能;该类节点具有较好的耗能性能,但强度较低。这些研究结果对顶底角钢连接节点的研究和应用提供了一定的理论基础。     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明：与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

四面受热时型钢混凝土柱的简化计算方法研究

高温作用下型钢混凝土柱的力学性能的有限元分析是进行其抗火性能设计研究的重要途径。基于型钢和混凝土材料在高温下的力学性能曲线,简化得到其计算模型,通过ABAQUS软件分析,研究了高温下型钢混凝土柱在不同时刻的温度场分布,根据分析得到的结果确定了柱截面等温曲线的位置,结合常温下型钢混凝土柱的计算公式对高温下的计算公式进行了研究,简化得到了高温下型钢混凝土柱极限承载力的计算公式,根据已有的试验资料对所推导型钢混凝土柱简化计算方法的正确性进行了分析,结果表明:利用文中简化的计算公式计算所得的型钢混凝土柱的弯矩值为865 kN,轴力值为132 kN·m,与其试验值具有一定的吻合度。