10.9级国产自锁式单向螺栓承载性能研究

研制开发出了国产自锁式10.9级单向螺栓,并针对6种不同型号的10.9级单向螺栓进行了单个螺栓的轴向拉伸和剪切的静力试验,各种型号的螺栓均进行了多种钢板厚度的试验。通过上述试验,得到了国产自锁式10.9级单向螺栓在轴向拉力和剪力作用下的荷载-位移曲线,由此获得了单个国产自锁式10.9级单向螺栓的抗拉极限承载力、抗剪极限承载力等力学性能指标。试验结果表明,除了用于连接钢板较薄的情况,国产自锁式10.9级单向螺栓的抗拉承载力和同等级承压型高强度螺栓相当,抗剪承载力优于同等级承压型高强度螺栓,能满足工程应用的需要,为国产自锁式10.9级单向螺栓连接的工程应用提供了基础数据和依据。     

多层预拼装钢结构系统特殊连接螺栓抗剪性能试验研究

某新型多层预拼装钢结构系统采用了钢板自攻螺纹螺栓连接形式,超出现行规范中连接类型,需进行相关试验进行论证,针对工程常用6种规格高强螺栓自攻螺纹连接进行了单个螺栓抗剪试验,研究了此种连接的抗剪破坏模式,并依据摩擦型高强螺栓及承压型高强螺栓不同的设计假定确定两种情况下的极限承载力,与规范要求承载力设计值进行比对,为该种新型螺栓连接提供设计依据。     

自锁式单向螺栓在拉剪共同作用下的承载力研究

基于自锁式单向螺栓拉伸试验和剪切试验的破坏模式和承载力试验结果,采用ABAQUS对其拉伸试验和剪切试验进行有限元模拟,模拟结果和试验吻合较好。在此基础上,采用ABAQUS建立两种自锁式单向螺栓NBB和SBB在拉力和剪力共同作用下的有限元模型,并通过改变外荷载与螺栓杆轴的夹角改变螺栓同时承受拉力和剪力的大小比例,得到单向螺栓在不同夹角下的极限荷载,继而得到单向螺栓NBB和SBB的承载力拉剪关系图。当剪力较小时,剪力的存在对于单向螺栓的抗拉承载力有增益效果,使得其大于单向螺栓在单纯轴向拉伸时的抗拉承载力。最后,提出两种单向螺栓在拉剪作用下的承载力计算公式。     

承压型高强螺栓受力性能试验研究

通过单个承压型高强度螺栓与承压型高强度螺栓群的承载能力试验,研究了高强螺栓预拉力和摩擦面抗滑移系数对承压型高强螺栓受力性能的影响和规律。分别对不同预拉力、摩擦面抗滑移系数下单个承压型高强螺栓和螺栓群的承载力进行了研究和分析。研究结果表明,承压型高强螺栓预拉力所造成的摩擦力只能延缓螺栓滑动的出现,其抗剪承载力不受抗滑移系数及预拉力的影响,为实际工程中承压型连接高强螺栓的设计和施工提供了参考。     

钢结构用自锁式单向螺栓抗拉刚度分析模型

对8.8级和10.9级的M16和M20共4种型号的国产单向螺栓STUCK-BOM进行了轴向拉伸试验,每种型号的单向螺栓采用3种不同厚度连接钢板进行轴向拉伸,得出了各组试验单向螺栓轴向抗拉刚度;对单向螺栓的轴向拉伸过程进行了理论分析,通过理论推导得出了3种轴向变形的理论计算公式,并由此得出了单向螺栓轴向抗拉刚度的理论计算公式;将单向螺栓轴向抗拉刚度理论值与试验值进行比较。结果表明:单向螺栓轴向拉伸存在单向螺栓拔出破坏和单向螺栓螺杆拉断破坏2种破坏模式;单向螺栓的轴向变形可分为螺杆轴向变形、套筒轴向变形以及套筒与锥头间滑移的轴向分量3个部分,其中套筒与锥头间滑移的轴向分量对轴向抗拉刚度起控制作用;单向螺栓轴向抗拉刚度理论值与试验值吻合较好,单向螺栓轴向拉伸理论分析模型具有较好的可靠性。     

中欧钢结构规范螺栓连接承载力比较

根据欧洲钢结构设计规范的EN1993-1-8∶2005和GB50017-2003《钢结构设计规范》及JGJ82-2011《钢结构高强螺栓连接技术规程》对单个螺栓的设计承载力进行比较,包括抗剪连接、抗拉连接、剪拉连接和抗滑移连接的单栓承载力。比较分析可知:国标与欧标钢结构设计规范中的抗剪螺栓连接承载力二者基本一致;欧标的高强螺栓预拉力取值比中国的约高10%;抗拉螺栓连接与剪拉螺栓连接主要区别在于螺栓的抗拉承载力如何考虑撬力的影响。     

高强度螺栓连接在高温下极限承载力的试验研究

高强度螺栓连接在高温环境下力学性能及极限承载力的研究文献不多,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)也尚未涉及。以8.8级高强度螺栓连接为对象,通过试验研究了在不同温度环境下,螺栓的抗剪、抗拉极限承载能力,总结了承载力与环境温度之间的相互关系。     

自锁式高强螺栓T型件连接节点力学性能研究

为研究自锁式高强螺栓T型件连接节点受力性能,采用有限元分析软件ANSYS计算了14个T型件有限元计算模型,分析了T型件翼缘板厚度、螺栓中心至T型件腹板边缘距离、螺栓间距对T型件连接节点的抗拉承载能力及自锁式高强螺栓抗拉性能的影响。分析表明:自锁式高强螺栓破坏模式主要为外套管分肢发生挤压破坏,与高强螺栓存在一定区别。自锁式高强螺栓T型件连接节点破坏模式主要为翼缘板弯曲变形伴随螺栓外套管分肢挤压塑性弯折变形;自锁式高强螺栓外套管分肢挤压破坏。增加T型件翼缘板厚度可改善T型件连接节点抗拉承载力;随螺栓中心至T型件腹板边缘距离增大,自锁式高强螺栓的撬力和拉力随之增加,建议螺栓中心至T型件腹板边缘距离的取值不大于3d_0(d_0为螺栓孔直径)。自锁式高强螺栓与高强螺栓连接的T型件连接节点二者的抗拉承载力基本相同。     

多层预拼装钢结构系统特殊连接螺栓性能试验研究

某新型多层预拼装钢结构系统采用了钢板自攻螺纹螺栓连接形式,非现行规范中的连接类型,需完成相关试验进行论证。针对工程常用6种规格高强螺栓自攻螺纹连接进行了单向拉伸试验,研究了两种破坏模式,并将极限承载力与规范要求承载力设计值与预紧力进行比对,并且对M20(8.8S)螺栓进行预紧力时变效应测试,研究表明,此种连接类型在使用过程中可以保持一定的预紧力水平。     

Q550钢材高强螺栓连接承压性能研究

高强螺栓承压型连接是钢结构中常用的节点连接方式,采用经验证可靠的Marc有限元计算模型对Q550高强度钢材高强螺栓承压型连接的承压性能进行数值模拟。分别对影响极限承载力的端距、边距、螺栓预紧力以及连接板件间的抗滑移系数等因素进行研究。研究结果表明:端距和边距二者共同影响Q550高强螺栓承压型连接的破坏模式和极限承载力,当端距和边距值分别取2. 0d0(d0为螺栓孔径)和1. 5d0时连接发生承压破坏并可以得到较高的承载力;对螺栓施加预紧力可以适当提高接头的极限承载力;抗滑移系数对极限承载力的影响不大。     

Pull-through capacity of bolted thin steel plate

The loading capacity in the axial direction of a bolted thin steel plate was investigated. A refined numerical model of bolt was first constructed and then validated using existing experiment results. Parametrical analysis was performed to reveal the influences of geometric parameters, including the effective depth of the cap nut, the yield strength of the steel plate, the preload of the bolt, and shear force, on the ultimate loading capacity. Then, an analytical method was proposed to predict the ultimate load of the bolted thin steel plate. Results derived using the numerical and analytical methods were compared and the results indicated that the analytical method can accurately predict the pull-through capacity of bolted thin steel plates. The work reported in this paper can provide a simplified calculation method for the loading capacity in the axial direction of a bolt.     

波纹钢板纵向接缝环槽铆钉连接与高强度螺栓连接受剪性能试验研究

与高强度螺栓连接相比,环槽铆钉连接具有预紧力不易损失、耐久性好等优势,具有替代高强度螺栓用于波纹钢板纵向接缝的可行性。为便于实际工程应用,需要对其受剪性能进行研究。以波形、板厚与连接件个数为参数设计了6组36个波纹钢板纵向接缝的轴压试验,包括两组单波波纹钢板环槽铆钉连接接缝、两组四波波纹钢板环槽铆钉连接接缝以及两组四波波纹钢板高强度螺栓连接接缝。波纹钢板波形尺寸分别为150 mm×50 mm、380 mm×140 mm,板厚分别为6、7 mm和8 mm。同时考虑波形和铆钉直径的影响,对四种连接形式的32个环槽铆钉进行了预紧力试验。主要从预紧力和受剪承载力两方面对两种连接形式进行了对比,并研究了钉群效应对于环槽铆钉连接纵向接缝承载力的影响。结果表明：强度等级相同的环槽铆钉预紧力明显高于高强度螺栓预紧力,环槽铆钉接缝在试验加载过程中未出现类似于高强度螺栓接缝的预紧力损失、连接松动现象,前者具有更大的受剪承载力和更好的延性。按JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》计算波纹钢板环槽铆钉连接纵向接缝承载力偏于保守。考虑钉群效应的影响,建议采用JGJ 99—2015计算孔壁承压承载力...     

Experimental study on shear capacity of corrugated steel plate-longitudinal seams with ring groove rivet connection and high strength bolt connection

与高强度螺栓连接相比，环槽铆钉连接具有预紧力不易损失、耐久性好等优势，具有替代高强度螺栓用于波纹钢板纵向接缝的可行性。为便于实际工程应用，需要对其受剪性能进行研究。以波形、板厚与连接件个数为参数设计了6组36个波纹钢板纵向接缝的轴压试验，包括两组单波波纹钢板环槽铆钉连接接缝、两组四波波纹钢板环槽铆钉连接接缝以及两组四波波纹钢板高强度螺栓连接接缝。波纹钢板波形尺寸分别为150 mm×50 mm、380 mm×140 mm，板厚分别为6、7 mm和8 mm。同时考虑波形和铆钉直径的影响，对四种连接形式的32个环槽铆钉进行了预紧力试验。主要从预紧力和受剪承载力两方面对两种连接形式进行了对比，并研究了钉群效应对于环槽铆钉连接纵向接缝承载力的影响。结果表明：强度等级相同的环槽铆钉预紧力明显高于高强度螺栓预紧力，环槽铆钉接缝在试验加载过程中未出现类似于高强度螺栓接缝的预紧力损失、连接松动现象，前者具有更大的受剪承载力和更好的延性。按JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》计算波纹钢板环槽铆钉连接纵向接缝承载力偏于保守。考虑钉群效应的影响，建议采用JGJ 99—2015计算孔壁承压承载力时乘以1.4的增大系数，计算环槽铆钉受剪承载力时乘以1.1的增大系数。     

装配式波纹钢结构连接部位轴压力学性能试验研究

为探索装配式波纹钢结构连接节点的轴压力学行为,以无节点构件作为对照组,以预紧力矩和螺栓间距作为参数变量,开展波纹板轴压试验,研究波纹钢构件螺栓节点受力性能及其对极限承载力的影响,分析构件破坏形态和承载力变化。建立有限元模型,将模拟的构件破坏形态和荷载-位移曲线与试验数据进行对比验证,总结了不同螺栓排数下的构件破坏形态,得到了波纹钢螺栓连接部位荷载-位移特征曲线。结果表明:栓接波纹钢构件破坏形式分为波纹板变形破坏和螺栓孔变形破坏两种; 4排螺栓连接的波纹钢构件与无节点波纹钢构件破坏形态均为波纹板屈曲破坏; 随着预紧力矩的增加,构件滑移荷载和构件承载力峰值不断提高,当超过标准力矩20%时,滑移平台消失; 构件发生螺栓孔变形破坏时,荷载-位移曲线在峰值位置处延性较优; 研究成果可为装配式波纹钢结构连接部位设计优化提供参考。     

钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点约束弯矩试验研究

钢梁与混凝土柱单剪板连接节点形式简单、施工方便。在单剪板节点结构设计中,通常把该类节点简化成铰接节点,认为其只传递剪力和轴力,忽略梁端弯矩的作用,从而高估了预埋件的承载能力,给结构留下了安全隐患。为了研究单剪板连接节点的受力性能,对3个不同螺栓布置的钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点进行了静力加载试验,研究了螺栓数量、螺栓直径等因素对试件破坏模式、荷载-挠度曲线和约束弯矩的影响。结果表明：钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点的约束弯矩随螺栓群惯性矩的增大而增大;试件的承载力和刚度受高强螺栓布置数量的影响较大,受螺栓直径的影响较小。在试验研究的基础上,建立了单剪板连接节点的受力简化模型,根据模型给出了约束弯矩计算方法和弹性阶段节点折算偏心距计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

钢制盖板节点拉剪破坏有限元分析

为了明确钢制盖板节点弯矩作用下的力学性能及盖板拉剪破坏的受力特征,获得弯矩作用下的计算设计公式,利用ANSYS分析软件,对钢制网壳盖板节点进行了有限元建模分析。根据有限元数值结果,得到盖板节点复杂应力下的承载力折减系数。在此基础上对比国内外规范公式,提出了钢制盖板节点拉剪破坏情况下的极限承载力公式。     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。     

双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验,观察了试件的破坏过程,获取了应变分布数据,分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比,竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高,承载力及刚度退化更为缓慢,延性更好;在承载力接近的情况下,双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的;设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低,使其破坏阶段的承载力退化减缓,且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性,防止其发生面外破坏;试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力,但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快,延性变差;增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度,对延性和耗能能力影响并不显著;采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。