冷弯薄壁型钢焊接节点试验研究与对比分析

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.本文采用试验方法对3种不同构造的冷弯薄壁型钢焊接节点进行研究和分析,并与相同构造的自贡螺钉连接节点的性能进行了对比分析,得到了关于冷弯薄壁型钢焊接节点的有益结论.     

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.     

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.     

带铅阻尼器冷弯薄壁型钢组合墙抗震性能试验

锁铆或自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙在低周往复加载试验中,滞回曲线"捏拢"现象较为严重、耗能能力较差.为减轻地震作用下冷弯薄壁型钢组合墙的破坏,提高结构体系的耗能能力,提出了一种带有铅阻尼器的冷弯薄壁型钢组合墙结构体系,并基于冷弯薄壁型钢组合墙的角部连接方式、面板铆钉间距及种类3种变量对其进行抗震性能试验研究.试验结果表明:加入铅阻尼器后,基于锁铆或自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙结构体系在低周往复荷载作用下,变形能力和耗能能力均有大幅度提升,刚度退化趋于平缓,损伤指数有较明显的降低,破坏形态也得到优化,但屈服荷载及峰值荷载略有降低;其次减小铆钉间距后,组合墙的屈服荷载、峰值荷载、峰值位移、抗剪强度得到一定程度的提高,但能量耗散系数差别不大;同时基于锁铆连接的冷弯薄壁型钢组合墙的屈服位移、屈服荷载、峰值位移、峰值荷载也明显高于基于自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙,延性及能量耗散系数相差不大.     

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.     

自攻螺钉连接冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验及分析

为了正确地计算轻型冷弯薄壁C型钢龙骨结构体系的实际受力状态，应在其框架的分析和设计中考虑真实连接的非线性影响。本文通过自攻螺钉连接的冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验，对连接节点的刚度即连接的M-θ曲线的进行了测试。文中详细介绍了试验过程、实验现象以及对试验数据的处理。最后，在采用非线性回归分析的基础上，拟合出一个M-θ关系的数学模型，供以后的分析和设计参考。     

装配式轻钢结构锁铆连接适用性分析

为解决传统装配式轻钢结构中自攻螺钉连接工序多、效率低等问题,引入锁铆连接的方式进行构件装配。为研究锁铆连接在冷弯薄壁型钢中的适用性,采用自攻螺钉和锁铆2种连接方式分别制作单个接头和桁架梁试件进行试验,以自攻螺钉连接的桁架梁性能为标准,对比分析2类连接试件的破坏模式、抗弯承载力、刚度、延性、变形能力等力学性能。结果表明:锁铆钉在桁架梁与接头试验中的受力特征有所差异,单个接头试验的结论不足以说明锁铆连接在整体结构中的适用性;锁铆连接桁架梁的破坏模式为延性破坏,表现为上弦杆翼缘板材被拉裂,其抗弯承载力、刚度、延性均优于自攻螺钉连接,且抗弯刚度具有显著优势。锁铆连接适用于具有较高刚度要求的装配式冷弯薄壁型钢模块。     

轻钢结构工业厂房风灾损伤估计与预测

基于国内外学者相关研究文献及已有的342组自攻螺钉拉拔和拉脱试验结果,对冷弯型钢结构中自攻螺钉连接抗拔性能、抗拉脱性能的研究现状进行总结,并对《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）、《冷弯型钢结构技术规范（征求意见稿）》（GB50018—2017）、美国规范（AISI S136-16）、澳大利亚/新西兰规范（AS/NZS 4600：2018）、英国规范（BS5950-5-1998）和欧洲规范（BS EN 1993-1-3：2006）中自攻螺钉设计方法的计算精度和适用性进行比较分析.比较结果表明,《冷弯型钢结构技术规范（征求意见稿）》（GB 50018—2017）的自攻螺钉抗拉设计方法计算精度较高、适用性最好.对于厚度不超过0.75 mm的550级高强超薄板受拉承载力,《冷弯型钢结构技术规范（征求意见稿）》（GB 50018—2017）的安全度略低,需要乘以0.8的折减系数;对于板厚超过2 mm的中低强度薄板受拉承载力,冷弯型钢结构技术规范（征求意见稿）偏于不经济.此外,建议自攻螺钉名义直径与压型钢板板厚之比（d/t）不超过8,以保证螺钉节点在达到最大抗拔承载力时可以较好地发挥自攻螺钉和板件的连接性能.

     

冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素

为研究冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力,提出梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点工作性能和考虑构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,研究冷弯薄壁型钢门式刚架在竖向荷载作用下的变形性能及破坏特征。对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析的结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好。通过改变构件的腹板厚度和翼缘宽度、节点板厚度、刚架梁坡度、柱脚刚度等因素计算刚架极限承载力,计算结果表明,增大前述各个参数值均可以提高冷弯薄壁型钢门式刚架的极限承载力。     

冷弯薄壁型钢-OSB板楼盖的试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的承载力和延性性能,对其进行了足尺静力试验,得出了受力性能的一般规律．试验结果表明,用自攻螺钉连接的卷边C型钢和OSB板能够共同工作,并具有较高的承载力和较好的廷性性能,能够满足多层轻钢住宅的楼面承载力要求．     

自攻螺钉连接抗剪承载力的有限元建模方法

随着轻钢龙骨体系及彩钢板的广泛使用,自攻螺钉连接受力性能也越来越被人们重视.目前国内有关自攻螺钉连接受力性能的研究主要集中在试验和有限元分析两方面,其中有限元的建模方法各有不同.采用ANSYS有限元软件建立了自攻螺钉抗剪连接的7种简化计算模型,对各种简化模型所得连接的极限承载力、破坏形式及建模特点进行了比较,得到了自攻螺钉连接合适的有限元建模方法,为自攻螺钉抗剪承载力的理论研究提供有益的参考.     

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。     

不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能试验研究

为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能,对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验,分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏,设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高,梁端转角显著增加,节点核心区剪切变形减小,刚度退化变缓,受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳,远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件,预制梁端设置预埋工字钢,现场采用焊接或者栓接装配,后浇连接区混凝土,这种连接形式能够有效传力,提升装配式节点的受力性能。     

不规则布置梁加强环式梁柱节点的试验研究

加强环式节点是目前研究最成熟、应用最广泛的钢结构梁柱节点形式。以往的研究都把重点放在规则布置梁加强环式梁柱节点的受力分析上,没有涉及特殊不规则布置梁柱连接节点。特殊的不规则布置梁柱连接节点的设计是钢结构设计的难点。本文通过2个不规则布置梁加强环式梁柱节点的足尺模型试验,研究该类型节点的受力性能和破坏机理。实验结果表明,加强环板能有效地将梁翼缘的应力传递至钢管壁,加强环板与钢管壁能共同工作,但应考虑钢管壁参与工作的有效范围;无梁一侧的环板的应力较小;合理的设计可以保证该类型节点具有良好的工作性能。     

自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验研究

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,本文分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出了拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,板厚比变化范围1.0~2.0,连接方式包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏三种;相较单一连接方式,混合连接荷载-位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5,且组合板厚小于3 mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果进行对比,其计算结果偏保守。结果表明：混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。     

双腹板顶底角钢梁柱连接受力性能分析

建立双腹板顶底角钢梁柱连接节点的精细有限元模型,对模型进行了非线性有限元数值计算,分析了在单调荷载作用下双腹板顶底角钢梁柱连接节点的承载力、极限变形状态、破坏机理和变形状态.深入探讨了双腹板顶底角钢梁柱连接高强螺栓的预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得试验难于测得的力学特性,为双腹板顶底角钢梁柱连接在工程中的应用提供理论依据.