单个锚栓抗剪性能试验研究及数值分析

化学锚栓已广泛应用于各类工程的改造加固中,锚栓的抗剪性能直接影响加固方案的安全可靠性。为了对单个锚栓的抗剪性能进行试验和数值分析研究,本文制作了36根化学锚栓,考虑了基材强度、锚固深度、锚栓直径的影响。研究结果表明:锚栓剪切荷载-位移曲线呈现2个转折点,可分为3个线性阶段;基材强度对锚栓性能的影响主要集中在第2阶段;建议锚固深度取为8~10D;直径越大,其抗剪性能增强越显著;将试验结果、数值分析结果及理论计算结果进行了对比分析。     

PBL连接件在长期荷载作用下的试验研究

为了研究PBL连接件在长期荷载作用下的受力性能,对6个PBL连接件试件进行了6个月的长期加载试验及极限承载力破坏试验,考虑的影响参数为钢板开孔直径、厚度和孔洞个数。试验考察了试件变形发展过程及破坏形态,得到了试件荷载-滑移曲线以及荷载-横向贯通钢筋应变曲线,并建立了钢梁与混凝土板相对滑移、横向贯通钢筋和孔洞周边应力与加载时间关系曲线;最后,在试验的基础上,对比总结了长期荷载和短期荷载作用对PBL连接件力学性能的影响。研究结果表明:增加开孔钢板直径、厚度和孔洞个数可以有效提高PBL连接件抗剪刚度,减小其相对滑移;与短期荷载作用下的试验结果相比,长期荷载作用下PBL连接件试件的抗剪刚度下降了16%~30%,但其破坏形态、荷载-横向贯通钢筋应变曲线、荷载-滑移曲线变化特点基本相同,且其极限抗剪承载力无显著差异。     

装配式剪力墙齿槽式连接受剪性能研究

为研究装配式剪力墙齿槽式连接的受剪性能,进行了8片1/2缩尺剪跨比为0.54的齿槽式连接试件单调推覆加载试验。研究了装配式剪力墙齿槽式连接的破坏模式、开裂形态、荷载-位移曲线和承载力,分析了轴压比、暗柱设置、齿槽长度等因素对装配式剪力墙齿槽式连接受剪承载力的影响。结果表明：轴压比对齿槽式连接试件的开裂模式影响较大,轴压比较大的试件,裂缝开展以对角线方向的斜裂缝为主;轴压比较小的试件,裂缝开展以齿槽接合面裂缝为主;增加轴压比和设置暗柱提高了装配式剪力墙齿槽式连接的受剪承载力,齿槽长度对装配式剪力墙齿槽式连接受剪承载力影响较小。基于现有研究成果和试验结果,提出了装配式剪力墙齿槽式连接受剪承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

高强度螺栓连接钢-混凝土组合件破坏类型和承载力试验研究

为了解高强度螺栓连接钢-混凝土组合件受剪时的破坏类型、承载力以及影响参数,设计了16个试件进行单调加载试验,研究了芯板内混凝土、螺栓直径、螺栓预拉力、混凝土孔径、混凝土强度、混凝土厚度、芯板厚度、盖板厚度等参数对钢-混凝土组合件受剪承载力、连接部件之间的滑移及变形的影响。试验结果表明:试件主要发生孔壁承压破坏、螺栓剪断和盖板净截面拉裂3种破坏模式;芯板内填充的混凝土使高强度螺栓发生弯曲,可以提高试件的峰值承载力和变形能力;螺栓直径、混凝土强度、混凝土厚度、芯板厚度和盖板厚度的增加可以提高试件的峰值承载力,螺栓预拉力的增加可以提高滑移荷载。     

焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点滞回性能研究

为了研究焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点的滞回性能,以顶底角钢连接节点为研究对象,共设计了6个试件。试件参数有高强螺栓直径、顶底角钢厚度和PEC柱翼缘厚度。通过低周反复水平荷载试验,得到了6个试件的荷载-位移曲线、位移延性系数等试验结果。试验结果表明,各参数中角钢厚度对节点的滞回性能影响较大,增大角钢厚度能明显提高节点的承载力,最大增幅为35.9%,但平均位移延性系数减小了46.1%;增大螺栓直径对节点承载力提高幅度较小,最大增幅为6.6%;柱翼缘厚度对节点的承载力几乎没有影响,但减小柱翼缘厚度使节点延性提高了68.1%。焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点具有良好的滞回性能。     

铝合金板件环槽铆钉搭接连接受剪性能试验研究

针对工程中常用的铝合金板件环槽铆钉搭接连接,进行了受剪性能的静力试验。通过拉伸试验测得铝板用6061-T6铝材和铆钉用304HC不锈钢材的物理参数,测定了环槽铆钉的预紧力。试验中获得了12个单铆钉搭接连接试件的荷载-位移曲线和极限荷载,分析了其破坏模式及铆钉孔径、端距、边距等参数的影响。结果表明：试件的破坏形式有环槽铆钉剪切破坏、板件顶端纵向撕裂破坏与侧边横向撕裂破坏3种,控制铆钉孔端、边距尺寸能避免后两种破坏;环槽铆钉预紧力在板件间产生的摩擦力有限,因此该搭接连接应属于承压型连接;铆钉与孔壁间的间隙最终会因板件间的相对滑移而致密,故过大的铆钉孔径将造成大的残余变形,但对承载力的影响有限;剪力作用下节点的荷载-位移曲线早期有较明显弹性段,可取其弹性段的末端荷载值作为受剪承载力设计值,极限荷载和该承载力设计值的比值约为2.3。     

装配式方钢管柱座节点竖向受力性能影响因素分析

基于装配式建筑采用的方钢管钢柱与板块连接节点即柱座节点的重要性,利用有限元分析软件ABAQUS建立该节点的数值模型,分析法兰板厚度、螺栓孔直径大小、高强螺栓预紧力和高强螺栓型号4个影响因素对柱座节点竖向荷载-位移曲线、钢柱法兰板螺栓孔壁应力、钢梁法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量的影响。由分析可知:法兰板厚度对柱座节点的竖向受力性能影响较大;螺栓孔直径大小对柱座节点的极限位移、延性系数和钢柱法兰板螺栓孔壁应力影响较大;高强螺栓预紧力对钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量影响较大;高强螺栓型号对柱座节点的屈服位移、屈服承载力、极限位移、延性系数、钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量均有较大的影响。     

全装配式组合楼板抗剪连接件受剪性能试验研究

为研究全装配式组合楼板开孔钢板(PSP)连接件的受剪性能，对15个PSP连接件试件进行推出试验，分析了PSP连接件的破坏模式和荷载-滑移曲线，研究了开孔钢板厚度、开孔直径、钢板强度、混凝土强度、连接件数量和槽钢型号对PSP连接件受剪性能的影响。采用ABAQUS软件建立推出试件有限元模型，验证了模型的准确性，并揭示了PSP连接件的受力机理。结果表明：PSP连接件具有较高的初始刚度和受剪承载力，薄钢板连接件的荷载-滑移曲线水平段较长，表现出良好的延性；PSP连接件的特征滑移不满足Eurocode 4规定的柔性连接件下限值(6 mm),应视为刚性连接件；随着开孔钢板厚度的增加，连接件的延性有所下降，承载力明显提高，但其增长趋势逐渐变缓；扩大开孔直径对连接件承载力影响较小，对改善连接件延性效果显著；开孔钢板纵向间距较小时，各层钢板之间混凝土压溃区相互重叠，削弱了连接件的承载力和延性。根据推出试验与有限元分析，提出了单个PSP连接件受剪承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

内置开孔板连接键的宽肢L形钢管混凝土组合柱抗震性能有限元参数化分析

为研究内置PBL的宽肢L形钢管混凝土组合柱(W-LCFST柱)抗震性能,基于已有试验结果,对内置PBL的L形钢管混凝土组合柱进行了数值模拟,考虑了钢材延性断裂失效的影响,模型结果可以很好地预测启裂点位置、开裂路径及荷载-位移曲线等。进一步对PBL隔板数量、PBL孔间距、PBL孔径大小、边柱尺寸、轴压比和钢管厚度等参数开展了对比分析,结果表明：PBL隔板数量从2个增加至6个后,提高了对核心混凝土的约束作用,位移延性系数提高了14.5%;PBL孔径大小和孔间距仅对塑性阶段有影响,达到峰值荷载前,孔径51 mm的PBL隔板容易在不利位置破坏而引起W-LCFST柱承载力降低,达到峰值荷载后,孔径17 mm的PBL隔板内的混凝土榫更容易受剪破坏,承载力下降较快;轴压比在0.25～0.55范围内,W-LCFST柱承载力先提高后下降;增加边柱尺寸和钢管厚度可以提高初始刚度和峰值承载力,边柱尺寸由100 mm×100 mm增大至140 mm×100 mm时,初始刚度提高了13.7%,钢管厚度从6 mm提升至8 mm后,正向峰值承载力提升了21.8%。     

开孔板连接件受剪性能试验研究

开孔板连接件是钢-混凝土组合梁中常用的一种抗剪连接件。通过21个开孔板连接件试件在单调静力荷载作用下的推出试验,研究了开孔板的开孔直径、混凝土强度等级、孔中横向贯通钢筋的直径和数量等对开孔板连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载力等的影响。研究表明:开孔板连接件的荷载-滑移曲线(P-S曲线)大致可分为弹性阶段、塑性发展阶段和下降段;提高混凝土强度等级、增大开孔直径可提高开孔板连接件的受剪承载力,横向贯通钢筋直径由16mm增大至20mm时,试件的受剪承载力提高了21.8%,配置横向贯通钢筋2 16的试件受剪承载力比相应的未配置横向贯通钢筋的试件高19.1%;随着混凝土强度等级的提高,试件抗剪刚度增大,而开孔直径及横向贯通钢筋直径则对抗剪刚度无明显影响。最后,基于试验结果提出了开孔板连接件受剪承载力的计算方法。研究成果可为编制《钢-混凝土组合桥梁设计规范》提供依据和参考。     

超大承载力端板连接节点试验研究

在大跨或重载钢结构中,当梁柱之间需要采用螺栓连接时,如果普通构造的端板连接节点和大承载力端板连接节点不能满足承载力要求,则需要采用受拉区布置12颗或16颗螺栓的超大承载力端板连接节点。为研究该类型节点受力性能,进行4个超大承载力端板连接节点足尺试件的单调加载试验,得到各节点试件的弯矩-转角曲线,分析不同螺栓直径、端板厚度和螺栓布置形式下各节点的抗弯承载力、转动刚度和受拉区螺栓拉应变增量分布的特点。结果表明,在试验试件构造条件下超大承载力端板连接节点的弯曲失效模式为端板屈服后螺栓失效,端板厚度对节点承载力影响明显;各螺栓的拉应变增量分布不均匀,角部螺栓对节点抗弯承载力影响较小,建议在设计中移除或仅按抗剪螺栓考虑;建议节点域屈服承载力仍按照现行规范计算,该类节点的等效受拉螺栓数量取为7。     

不同连梁节点构造的联肢钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究不同连梁节点构造时联肢钢板剪力墙结构的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶3的联肢钢板剪力墙试件。试件中连梁与柱的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点,竖向边缘构件采用方钢管混凝土柱。对3个试件进行了拟静力试验,得到了联肢钢板剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等指标,分析了结构的延性、耗能能力、承载力及刚度退化等性能。结果表明,各试件位移延性系数均大于5.37,等效黏滞阻尼系数均大于0.211,刚度和承载力退化稳定,承载力退化系数均大于0.91。连梁节点的差异导致各试件的屈服顺序均不相同,采用穿芯螺栓连梁节点的试件,连梁先发生剪切屈服,耗能能力最优;采用悬臂梁段-端板连梁节点的试件,连梁与剪力墙板几乎同时屈服,耗能能力次之;采用焊接连梁节点的试件,连梁因节点焊缝断裂而破坏,试件初始刚度较高,承载力与耗能能力低于其他试件。总体上,各试件的剪力墙板与连梁均发生了较严重的破坏,实现了多道抗震设防的设计目标。     

铝合金板式节点平面外受弯滞回性能试验研究

为研究节点板厚度、节点板材质、是否设置抗剪键以及加载模式对铝合金板式节点滞回性能的影响,完成了4组共计8个试件平面外受弯的拟静力试验,对其变形特征、破坏模式、承载能力、延性以及耗能能力等进行了分析。结果表明：板式节点在平面外往复弯矩作用下的受力过程可以分为5个阶段,即弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段、承载力退化阶段和破坏阶段;通过破坏后试件的形态特征可归纳出节点的两种破坏模式分别为杆件破坏和节点板块状拉剪破坏,且破坏模式与节点板厚度和杆件翼缘厚度密切相关;由于螺栓滑移的影响,节点的滞回曲线不够饱满;综合对比试件的骨架曲线、位移延性系数和能量耗散系数,节点板较厚的铝合金板式节点具有更好的承载能力、变形能力和耗能能力。     

高性能耐火钢高强度螺栓接头高温受剪性能试验研究

为促进高性能耐火钢材设计理论发展与工程应用,对采用不同型号高强度螺栓的10个高强度螺栓连接接头进行了不同温度条件下的受剪试验,其中包含4个采用普通高强度螺栓的连接接头以及6个采用BFRW10耐火高强度螺栓的连接接头,连接板均采用WGJ高性能耐火钢。试验研究了常温下螺栓接头的摩擦面抗滑移系数、不同温度下螺栓接头的荷载 位移关系、荷载折减系数及其破坏形式。研究结果表明：随着温度的升高,螺栓接头的破坏形式由孔壁承压破坏转向螺杆剪切破坏;在不同温度条件下,采用耐火高强度螺栓可显著提高螺栓连接接头的高温极限荷载。根据极限荷载试验结果,与欧洲规范EC3中螺栓接头高温设计方法及采用折减材料强度计算方法的计算结果进行了对比,表明现有规范方法应用于此类耐火高强度螺栓接头的设计偏于保守,同时给出了建立该类螺栓接头整体高温折减系数的设计建议。     

Shear resistance mechanism and load-slip curve features of perfobond rib connectors during plastic stage

为保证单孔PBL连接件在塑性阶段仍具备较高的残余受剪承载力和较好的延性,对22组未设置贯通钢筋和21组设置贯通钢筋的单孔PBL连接件的荷载-滑移曲线进行了统计分析,研究了板厚不小于9mm的单孔PBL连接件进入塑性阶段后的受剪机理。在此基础上,根据荷载-滑移曲线的延性特征将其进行分类,并给出了判别条件。研究表明：单孔PBL连接件塑性阶段的残余受剪承载力由混凝土榫沿剪切破坏面的黏结力、侧向约束力提供的受剪承载力以及贯通钢筋的销栓作用组成。根据塑性阶段的侧向约束力情况,将单孔PBL连接件荷载-滑移曲线分为Ⅰ类、Ⅱ类与Ⅲ类曲线。可通过控制约束强度比,避免未设置贯通钢筋和设置贯通钢筋的单孔PBL连接件的荷载-滑移曲线出现延性较差的第Ⅲ类曲线,并可通过控制贯通钢筋比,避免设置贯通钢筋的单孔PBL连接件的荷载-滑移曲线出现经济性较差的第Ⅱ类曲线;可通过联合控制约束强度比和构造钢筋比,避免荷载-滑移曲线出现峰值点处荷载突变。     

螺栓装配多高层钢结构梁柱连接抗震性能研究

对三个不同参数螺栓连接的多高层钢结构装配节点的抗震性能进行试验和有限元分析,获得以梁端荷载-位移表征的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、转动能力、刚度退化曲线等,分析了法兰螺栓和盖板螺栓对试件受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明：通过调整盖板螺栓数量和规格,可以实现梁柱刚性连接和变刚度连接,变刚度连接时,可实现多遇地震作用下不滑移,设防地震和罕遇地震作用下利用盖板与梁翼缘相对滑移耗散地震能量;通过分析螺栓接触面的滑移,认为盖板与梁翼缘滑移构造提高了梁端的变形能力,延性以及耗能能力,实现了摩擦耗能,可以用于抗震设防区结构中。     

外露式钢柱脚受剪性能试验研究

以轴力和锚栓数量及其布置形式为参数,对4个外露式钢柱脚试件进行了水平往复加载试验,对其受剪性能及受剪机制进行分析。当柱脚所受轴力为压力时,柱脚的剪力由其与基础顶面间的静摩擦力传递给基础,且柱脚弯矩对其受剪承载力有提高作用。当柱脚所受轴力为拉力时,柱脚底板与基础表面间分离,柱脚在水平荷载作用下发生滑移,此时锚栓参与承担水平力,但其承担水平力的能力较小。柱脚受弯承载力随着柱脚锚栓数量的增加而增大。当锚栓数量从4个增加到6个时,柱脚受弯承载力增加了12%,耗能能力增加了20%。配置相同数量锚栓柱脚的滞回行为随着锚栓布置方式的不同也有所改变。将锚栓布置在沿加载方向的最外侧时,可以最大程度地利用每个锚栓的承载力。因此,在设计外露式柱脚时需要考虑锚栓布置方式,以便充分利用锚栓的受拉性能。     

重组竹钢夹板螺栓连接抗火性能试验研究

为研究重组竹钢夹板螺栓连接节点耐火极限及失效机理,依据ISO 834标准火灾试验方法设计并制作了3组24个螺栓连接试件,以螺栓数量、端距、行距、厚径比(竹板厚度与螺栓直径之比),持荷比(施加荷载与极限荷载之比)以及防火保护为试验参数,对其进行抗火性能试验研究。结果表明：当试件的厚径比为5.0~5.7时,单螺栓和多螺栓连接的破坏形态表现为螺栓孔压溃、竹材撕裂但螺栓未弯曲,当试件的厚径比为8.0~10.0时,破坏形态表现为螺栓孔压溃、竹材撕裂且螺栓弯曲,但厚径比对单螺栓连接耐火极限的影响并不显著;随着螺栓数量、端距和行距的增加,螺栓连接的耐火极限逐渐提高;增加持荷比使得螺栓连接耐火极限降低,防火保护对螺栓连接的抗火性能提升显著。通过对不同形式螺栓连接内部温度分析,揭示了火灾下重组竹材炭化性能及螺栓连接中孔受力对温度场的影响规律。     

Single-angle all-bolted shear connections

This paper describes an experimental test of 19 full-scale single-angle all-bolted shear connections. The primary purpose of the study was to determine the shear strength of the two bolt groups associated with the two legs of the connection angle. The tested connections were made of an equal-leg angle and a vertical row of bolts at each leg. The angle had a leg width of 102 mm and a thickness of 9.5 mm. The bolts were 19 mm diameter high-strength A325 bolts. The number of the bolts in one vertical row was from 2 to 8 inclusive. The observed failure mode of the tested connections was the shear rupture of one of the bolt groups. The test found torsional or lateral restraints to the supported beam had a significant impact on the load carrying capacity of the connections. Test results indicated that the current North American design practices could lead to underdesigned single-angle connections having the number of bolts less than or equal to three. Furthermore, a yield line method was adopted for estimating the connection moment at strength limit state.     

钢构件与混凝土墙端板连接的有限元分析

采用通用有限元分析软件对混凝土后锚固受拉节点进行了模拟计算分析,通过比较不同螺栓直径、螺栓间距的条件下锚板的受力性能,探讨了锚板厚度与螺栓间距、直径的关系以及为保证锚板的出平面刚度应采用的厚度。