高强钢板-螺栓连接副抗拉性能试验研究

为解决现有单边螺栓锚固不足和安装复杂的问题,提出一种高强钢板-螺栓连接副.将高强钢板焊成芯筒置于钢管柱内并开孔攻丝,采用普通高强螺栓即可实现与钢梁连接节点的单边张紧.为研究攻丝高强钢板替代螺母的可行性,考察连接副的极限抗拉性能和破坏模式,探讨能够与高强螺栓配合的最优钢板厚度,对一系列不同钢板厚度和螺栓强度等级的钢板-螺栓连接副进行单调抗拉试验研究.试验中选取Q460C、Q345B、45号钢三种钢材和M16、M20、M24三种规格10.9级高强螺栓作为研究变量.结果表明,Q460C和Q345B均可以作为45号钢的替代材料,同时满足高强螺栓的强度要求和钢结构的焊接要求,采用强度较高钢材可以减少连接副用钢量.为保证钢板-螺栓连接副不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q460C钢板厚度不宜小于螺栓公称直径d;Q345B钢板厚度不宜小于d+(1～2) mm,不宜采用贴焊加厚的叠合钢板.     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.     

钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件抗拉性能试验

为实现无湿作业、无焊接条件下将单向预制板横向钢筋拉通受力并形成双向板,考虑施工效率和可操作性,提出钢板组合单边螺栓钢筋连接件。为研究连接件抗拉性能,对22个试件进行单调拉伸试验,研究参数为钢板强度、螺栓个数、预紧力大小和锚固长度,重点考察破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线及变形能力。试验研究表明:此类连接件存在钢筋拉断、钢筋犁沟式拔出两种破坏模式;对于调质45~#钢盖板,连接件的钢筋临界锚固长度在2d～3d之间,低于临界锚固长度时钢筋犁沟式拔出,高于临界锚固长度时钢筋拉断;连接螺栓数为4时,连接件即可实现钢筋等强连接;连接件的盖板宽度减小时,临界锚固长度增加;在锚固长度相同条件下,连接件抗拉强度随螺栓预紧力增大而增大;对于Q460C高强钢盖板,均为齿钉挤压变形、钢筋拔出破坏;在相同试验条件下,带肋钢筋与光圆钢筋试件的破坏模式相同;提出了这种钢筋连接件的抗拉承载力的计算公式,与试验结果吻合较好,可为小直径钢筋机械连接设计提供参考。     

常温与高温下高强钢T型连接受拉性能试验

为研究高温下高强钢T型连接的受拉性能,对11个常温下和17个高温下的T型连接试件进行拉伸试验,其中包括300、400、500、600℃等多种高温环境下Q355、Q460、Q690、S690、S960等不同强度钢材的T型连接,通过试验得到各T型连接的初始拉伸刚度、抗拉承载力、破坏模式等。将试验结果与欧洲规范和中国规程的计算结果进行对比,以期校验规范对于高强钢T型连接的适用性,并分析翼缘强度、翼缘厚度、螺栓强度、螺栓直径、螺栓位置以及高温温度等多种因素对T型连接受拉性能的影响。常温与高温下的试验结果表明：欧洲规范和中国规程对高温下高强钢T型连接初始拉伸刚度的估算偏于危险,而对抗拉承载力而言偏于保守;与普通钢T型连接相比,薄翼缘高强钢T型连接能在保持承载能力相当的情况下,具有更好的变形能力;当螺栓离腹板距离和翼缘距离的比值小于1时,增大螺栓离腹板的距离会显著降低T型连接的初始拉伸刚度和抗拉承载力;螺栓直径的增加将增大T型连接初始拉伸刚度值,但螺栓强度对初始拉伸刚度影响不大。本文研究成果可为高强钢端板连接节点及其等效T型连接的抗火设计提供试验依据,为相关规范修订提供参考。     

拧入缺陷对螺栓球节点受力性能影响

螺栓球节点在空间网格结构中应用广泛,然而由于其组成构件较多,在安装过程中容易出现高强螺栓拧入长度不足的初始缺陷.为研究该缺陷对螺栓球节点受力性能的影响,采用ANSYS软件建立了带有螺纹的螺栓球节点精细化模型,通过改变螺纹的啮合数来模拟高强螺栓的拧入长度,并利用已有试验数据对模拟方法的准确性进行了验证.在此基础上,对M20、M24、M27三种常用节点在不同拧入长度下的抗弯性能进行分析,结果表明螺栓球节点随着拧入长度的变化主要存在三种工作及破坏模式,高强螺栓拧入长度不足可严重降低节点刚度及其极限承载力.最后对上述三种节点在不同拧入长度下的抗拉性能进行模拟分析,得到了不同拧入长度下螺栓球节点抗拉承载力的退化规律及可能的破坏模式,给出了抗拉承载力降低比例与螺栓拧入长度的关系曲线,研究成果可为螺栓球节点的施工控制及相似结构的安全性能评估提供技术参考.     

新型可拆卸式钢-UHPC组合板的抗弯性能

为探究钢-薄层超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)轻型组合桥面体系在局部轮载下的抗弯性能,设计并开展了4块基于高强螺栓连接的可拆卸式钢-UHPC组合板的四点弯曲试验,研究了钢板类型、抗剪连接件间距对可拆卸式钢-UHPC组合板的破坏模式、荷载-挠度曲线、界面相对滑移、裂缝宽度、截面应变分布等影响规律,研究结果表明：在正弯矩荷载作用下,采用Q355钢板的组合板的破坏模式为高强螺栓被剪断,而采用负泊松比(negative Poisson’s ratio, NPR)钢板的组合板的破坏模式为部分高强螺栓被剪断、部分预埋带垫加长螺母被拔出、UHPC板由于失稳大面积压溃等;在相同的高强螺栓间距下,采用NPR钢板的组合板的板端相对滑移较小,说明NPR钢板有效延缓并限制了钢板与UHPC板的相对滑移,从而提升两者的协同变形能力,继而提高组合板的抗弯刚度及承载力等;由截面应变分析可知,由于NPR钢板的负泊松比效应、高刚度、高屈服强度,整个加载过程NPR钢板与底部UHPC层的拉应变保持着应变协调性,随着荷载的增大截面塑性中和轴的上移幅度可忽略不计。因此,...     

输电线铁塔钢材的低温力学和冲击韧性试验

为选择合适的输电线铁塔钢材,防止杆塔因构件发生低温脆性断裂引起的破坏,通过系列室温和低温条件下的单轴拉伸和冲击试验,研究了输电线铁塔用Q345B、Q420B、Q460C钢管和Q345B、Q420B角钢钢材的力学性能和冲击韧性;通过对比分析,评价了钢管和角钢钢材的塑性指标;利用Boltzmann函数曲线拟合,得到了钢管和角钢钢材的韧-脆转变温度.结果表明:钢材的屈服强度和抗拉强度随温度的降低而增大,其塑性指标均能满足规范要求;钢材夏比冲击功值随温度降低而减小,Q345B钢管和角钢钢材的韧脆转变温度较高,抗低温冷脆性能较差,结合拉伸和冲击试验结果,建议在寒冷地区优先采用Q420B钢管,不宜采用Q345B角钢.     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

螺栓球节点受拉承载力数值模拟研究

针对螺栓球节点安装时存在的部分高强度螺栓假拧问题,利用ABAQUS建立3D螺纹升角螺栓球节点实体模型,对具有假拧缺陷的螺栓-球形接头部分的承载性能进行初步研究.根据材料性能试验结果,推导出材料本构关系模型,并设置材料损伤参数以分析节点的断裂失效形态.共设置了5组不同直径的高强螺栓球节点,每组设置6种螺栓拧入深度,得出螺栓球节点的荷载-位移响应曲线,并与节点抗拉承载力和破坏形态进行比较.研究结果表明,随着高强螺栓直径的增加,螺栓球节点的承载力升高;随着假拧程度增加,螺栓球节点的承载力降低.拟合的高强螺栓不同拧入深度的螺栓球节点受拉承载力公式,可为在役网架结构螺栓球节点受拉承载力的评价提供依据.     

约束高强度Q460钢梁的抗火性能

为了研究约束高强度Q460钢梁的抗火性能,在已有约束钢梁分析理论的基础上,引入残余应力,提出了约束钢梁的抗火性能分析方法,并采用普通强度约束钢梁试验数据对分析方法进行了验证。考虑高强度Q460钢材高温下力学性能参数,利用所提出的方法分析了约束高强度Q460钢梁的抗火性能,并与普通强度Q345钢梁进行了对比。对影响约束高强度Q460钢梁的抗火性能参数进行了分析,包括荷载比、残余应力、轴向约束刚度、转动约束刚度和受火方式等。研究表明:所提出的分析方法准确可靠,高强度Q460钢梁抗火性能与普通强度钢梁具有较大的区别,高强度Q460约束钢梁的抗火性能明显优于普通强度约束钢梁。荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度、受火方式对高强度Q460约束钢梁有较大影响。     

FRP-螺栓联合加固技术锚固参数的研究

为了明确机械锚固的各项参数指标,指导FRP-螺栓联合加固技术(hybrid bonded fiber reinforced polymer, HB-FRP)的设计和施工,通过室内试验研究了螺栓的锚固深度,提出螺栓最小锚固深度的计算公式与螺栓选择的要求;利用ANSYS计算软件,采用螺栓预紧单元及面对面的接触分析,模拟不同钢板尺寸和螺栓预紧力的条件下钢板和混凝土之间的接触压应力分布情况,对钢板尺寸和钢板类型的选择给出了指导性的设计方法。该研究为HB-FRP在桥梁加固维修中的应用提供了可靠的依据。     

高强度钢材Q460C断裂韧性低温试验

研究了高强度结构钢材低温下的断裂韧性特征。对厚度为14mm的Q460C建筑钢材进行了裂纹尖端张开位移δm低温下的试验研究,并进行了试件断口电镜微观分析。结果表明-40℃下的Q460C三点弯曲试件断口呈明显的脆性断裂机制。Q460C钢材的δm值随温度降低呈下降趋势,与Q235、Q345、Q390钢材低温下的δm值比较,Q460C的值最低,即断裂韧性相对较差。同时,还对试验结果进行了Boltzmann函数拟合分析,得到其韧脆转变温度及变化规律。结果表明:Q460C高强度建筑钢材的低温冷脆特征明显。     

混合结构中钢梁与混凝土墙刚性节点的拟静力试验

通过低周反复加载作用下的拟静力试验,对3个钢梁与混凝土墙刚性节点在地震作用下的破坏机理和抗震性能等特性进行了研究.试验结果表明,钢梁翼缘与封口板之间连接焊缝的焊接质量对节点性能至关重要;钢梁腹板与连接板的高强螺栓连接对节点性能也有较大影响.同时根据试验结果对相关的设计方法提出了具体的建议,例如在满足构造要求的前提下尽量取规格较大的高强螺栓.     

拉应力对不同厚度Q345钢磁记忆信号的影响

为明确磁记忆信号与拉应力之间的对应关系和几何尺寸对试件表面磁场的影响,对Q345低合金钢不同厚度板状试件进行静载拉伸实验.利用TSC-1M-4型磁检测仪,研究3种厚度的光滑试件表面磁记忆信号在不同拉应力下的变化规律.结果表明:弹性阶段磁记忆信号与拉应力之间有较好的相关性,塑性阶段两者相关性较弱;切向磁记忆信号对试件局部屈服的表征比法向磁记忆信号更敏感,利用切向磁场的畸变性可预判试件的早期塑性变形和应力集中区;同一应力水平下,试件表面磁场强度随厚度增加而减小,但不影响其变化规律.     

淬火高强板矫直过程的残余应力计算模型

高强板材在生产淬火过程中产生的较大残余应力,会造成板型缺陷和产品性能的下降.为此,对Q960E高强钢的矫直过程,采用残余应力数值计算、实验和热力耦合仿真的方法,研究板材在矫直全过程中残余应力的变化.通过淬火热处理,高强板表面形成276.3 MPa左右的压应力,内部形成与之反向的拉应力,在矫直过程中,表面塑性变形最大,最...     

轻钢结构高强度螺栓安装的施工监理

高强度螺栓作为轻钢结构的主要连接件,在安装中经常出现连接板和母体间滑移或螺栓拉断等问题,对施工质量和施工进度造成直接影响,必须对其进行重点监理控制.结合生产实际,对高强度螺栓的安装质量控制提出了有关的施工监理控制方法.