铝合金板件不锈钢螺栓连接的高温承载性能分析

完成10个高温下铝合金板件不锈钢螺栓双剪连接试验,考虑芯板尺寸、盖板尺寸和螺栓规格的影响,试验温度分别为20、200和300℃,研究抗剪连接的破坏模式、变形性能和极限承载力.试验结果表明:温度会影响抗剪连接的破坏模式.采用ABAQUS建立数值分析模型,得到的数值分析结果与试验结果吻合良好.进一步研究温度、芯板宽度、芯板厚度、螺栓直径和螺栓端距等参数对连接承载力的影响,拟合得出铝合金板件不锈钢螺栓抗剪的高温承载力计算公式,并将拟合公式与试验结果进行对比,验证公式的有效性.     

焊接空心球节点恒温加载试验

基于火灾高温下网格结构的性能和受力特征,根据欧洲规范的钢材高温性能对焊接空心球节点的极限承载力进行了高温加载试验,分别在500℃、600℃、700℃三种温度下对节点进行加载,直至节点破坏,得到了在恒定温度下,节点的温度场分布和荷载位移曲线,并确定了高温下节点的破坏模式,为今后球节点的抗火设计提供理论依据.     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

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。     

高温后RC植筋边节点反复荷载的试验研究

进行了现浇钢筋混凝土植筋边节点在不同受热温度（常温、植筋后焊接、200和300℃）后的低周反复荷载试验,分析了高温后钢筋混凝土植筋边节点构件在低周反复荷载作用下的破坏形态和恢复力特征,探讨了高温对钢筋混凝土植筋边节点抗震性能的影响．结果表明,植筋节点在正常使用情况下满足承载力要求,在常温情况下具有良好的耗能能力;焊接位置距离结构胶表面100mm时,节点植筋试件的强度退化明显,承载力比未受热构件有明显降低．高温（火灾）对植筋节点的耗能性能存在明显影响,在受热200℃以上时,构件的耗能能力会有很大损失．     

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.     

单角钢螺栓连接节点板拉剪性能研究

对某角钢塔典型节点进行足尺试验研究和有限元参数分析,考察单角钢连接节点板受拉剪时的工作性能和破坏模式.结果表明,单角钢连接节点板受拉剪时可能发生块状拉剪撕裂和受拉断裂两种破坏模式;垂直于受力方向的螺栓孔间距、顺受力方向的螺栓孔间距和节点板形状对单角钢连接节点板的极限承载力有显著的影响;偏心作用只会降低节点板的屈服破坏承载力,对其极限承载力影响甚小.通过可靠度分析,评价现有节点板设计方法用于单角钢连接节点板的适用性.     

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.     

高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.     

火灾后装配式钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

开展受火灾作用装配式钢筋混凝土结构承载性能的研究,对于推动装配式钢筋混凝土结构的应用与发展具有实践意义。文章设计了3根两端为预制部分,跨中钢筋采用灌浆套筒连接并后浇混凝土的足尺装配式钢筋混凝土简支梁试件,对其进行了经历火灾后的抗弯性能静载试验,观察分析了装配式钢筋混凝土梁经历火灾高温作用后的抗弯性能劣化规律以及装配后浇部位的整体工作性能。结果表明：升温过程中,试验梁截面内存在明显的温度梯度,距离受火面较远的测点温度达到峰值存在滞后性;常温及高温自然冷却后装配式钢筋混凝土梁受弯性能试验中,试件均发生了受拉钢筋屈服、梁顶受压区混凝土被压碎的正截面受弯破坏,后浇连接部位没有出现明显的异常破坏现象,装配连接的整体工作性能良好;受火作用时间对装配式钢筋混凝土梁的开裂荷载、抗弯刚度、极限承载力以及延性性能等有明显不利影响。在试验研究基础上,运用有限元分析软件,数值模拟分析了火灾后的装配式钢筋混凝土梁的静力抗弯性能,分析对比了试验结果,两者比较吻合。     

单边钢次梁与混凝土主梁插入式连接节点的试验研究

钢次梁插人混凝土主梁的节点连接是一种新型的节点连接形式,该节点区别于传统的挑耳式钢梁与混凝土主梁节点连接方式,具有施工方便、力学性能优越的性能.为了明确此种节点连接方式的受力和承载特性,本文以某工业厂房的节点工程为背景,对单边钢次梁与混凝土主梁连接节点进行了1:2的缩尺试验研究.试验表明,钢次梁插人主梁的连接节点为半刚性连接节点,节点的破坏始于钢次梁上翼缘混凝土板与主梁交界面处过大的横向裂缝及钢次梁上翼缘焊板的拉伸屈服;试验结束时,主梁端部箍筋均屈服,端部截面产生宽而深的扭剪裂缝,表明单边钢次梁作用下主梁抗扭能力成为控制条件.试验还发现,钢次梁上翼缘焊接板条的布置对节点承载力有较大的影响,当上翼缘焊接板与翼缘板的横向面积比控制在0.35-0.45的范围内时,节点的破坏始于钢次梁上翼缘连接焊板的拉伸屈服,属于次要构件的塑性破坏,满足安全设计和承载力的要求.     

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.     

型钢-混凝土后锚固节点抗震性能试验研究

进行了四个型钢与混凝土后锚固连接节点的低周反复加载试验,采用化学植筋式连接方式.试件破坏前钢筋均达到屈服,仅钢筋周围的混凝土发生局部破坏,可判断为钢材破坏.随着埋深的增加,试件的屈服荷载和峰值荷载均有不同程度的提高.滞回曲线、刚度退化曲线、延性及耗能等抗震指标均显示该类节点具有较好的抗震性能,达到峰值荷载后承载力无明显降低,仍能以自身的变形能力吸收地震能力,增加埋深和植筋数量有助于提高节点的抗震性能.     

震后端板节点高温下的损伤退化行为

介绍了循环荷载作用后的端板节点在高温下的力学性能.使用简化模型进行系统的参数研究,分组对比了同一个节点分别在单调荷载和循环荷载作用之后的高温力学性能,以及端板厚度、螺栓直径对节点抗火能力的影响.数值计算结果表明,地震往复荷载往往会给节点带来一定程度的破坏,当这种节点再遭遇随之而来的地震次生火灾时,节点已经有了初始的损伤,包括变形破坏和断裂破坏,此时节点的抗火能力、耐火时间都将受到一定程度的影响.尤其是往复荷载导致断裂破坏的节点,节点的抗火能力将严重下降.研究结果对该类梁柱节点设计具有一定参考价值.     

毛竹内嵌杉木的螺栓连接抗拉力学性能

在竹结构中,柱脚一般会出现受拉荷载,针对该现象提出一种内嵌杉木的毛竹螺栓连接形式,设计15个内嵌杉木的毛竹螺栓连接试件并进行轴向拉伸试验。根据Karacabeyli-Ceccotti建议的50%极限荷载法确定试件的屈服荷载和屈服位移,阐述了荷载-位移曲线中不同变形阶段的特征,分析了螺栓直径和螺孔端距对连接试件的承载力和破坏模式的影响。结果表明：该连接具有一定的承载力和变形能力,连接承载力随着螺杆直径增大而增大;受拉时连接的荷载-位移曲线具有两个弹性段,且第二弹性阶段刚度下降;连接的3种破坏模式为螺杆弯坏、竹壁剪出和竹壁开裂,失效模式由螺孔端距和螺杆直径控制;基于简化力学模型推导的公式能近似地预测连接承载力。     

拉挤GFRP管材与钢管连接的拉伸试验研究

拉挤型GFRP管材节点的可靠连接是保证其正常工作的前提。为研究其拉伸连接性能,采用胶接连接和螺栓连接两种连接方式对GFRP管材与钢管连接件分别开展了拉伸试验研究。在胶接连接试验中,研究了胶层剪应力沿长度方向的分布特征、受力机理及失效过程、胶接长度对承载力影响等。试验结果表明：胶层剪应力在加载初期沿长度方向呈现两端大、中间小的分布特征,高应力发生在胶接端,并随荷载上升逐步往加载端胶层转移;胶接长度的增加能显著提高连接构件承载力,但当长度达到管径的1.6倍后,继续增加胶接长度对承载力的提升并不大,故可考虑将1.6倍管径作为GFRP管材的有效胶接长度。在螺栓连接试验中,研究了e/d（端距/栓径）、螺栓排数n对连接承载力及破坏模式的影响。试验结果表明：当e/d=7时,承载力达到最大值,破坏形式以挤压破坏为主;根据螺栓排数n与承载力的关系,可以推导相应折减系数来计算承载力。     

网壳结构钢与混凝土组合节点力学性能试验

为研究钢与混凝土组合的网壳节点在轴压和压弯荷载作用下的力学性能,对10个不同参数的钢与混凝土组合的节点进行试验研究.试验构件主要变化参数包括:内圆钢管的壁厚和半径、外圆钢管的壁厚及矩形钢管与外圆钢管的不同连接方式.试验研究表明:在轴压和压弯荷载作用下节点表现出了与钢管混凝土相似的特点,具有较高的承载力和良好的塑性变形能力;内圆钢管的壁厚和半径对节点承载力影响较大,外圆钢管的壁厚对节点承载力影响较小;连接方式对节点承载力影响较大,圆钢管高于矩形钢管的节点承载力比圆钢管与矩形钢管齐平的承载力至少提高15%;轴压荷载作用下节点的破坏方式可以分为中心压缩和梭形偏转破坏;压弯荷载作用下节点的破坏方式分为节点和钢管屈服破坏.     

考虑升降温作用的高温后型钢混凝土偏压柱受力性能试验研究

为更加真实地反应构件在火灾中的实际状况,了解升、降温过程中荷载存在对高温后构件性能的影响,进行了2根偏压型钢混凝土柱的抗火全过程试验.试验采用ISO-834标准升、降温曲线,并保持火灾作用时荷载恒定;同时,分析了构件强度和变形发展规律.结果表明,火灾作用后试件的破坏形态和特点与常温下有显著不同;构件受力性能和剩余承载力主要与预加荷载、火灾持续时间等因素有关;荷载较大时试件可能在降温段发生破坏.     

高温下不锈钢螺栓的材料性能试验研究

为了给建筑钢结构螺栓连接的抗火性能分析与抗火设计提供依据,对不锈钢螺栓高温下的力学性能进行试验研究,开展了两组不同等级不锈钢螺栓高温下的拉伸试验,得到了不同温度下不锈钢螺栓的全应力-应变曲线。对不锈钢螺栓高温下的弹性模量、屈服强度和极限强度进行分析,将试验结果与不锈钢母材和耐火钢螺栓在高温下力学性能进行了对比,并对比相关规范关于不锈钢母材的推荐值,提出了不锈钢螺栓高温下弹性模量、屈服强度和极限强度的折减模型。研究结果表明：不锈钢螺栓高温下的极限强度折减系数与欧洲规范EC3中对不锈钢母材的推荐值相近,弹性模量折减系数差距较大。温度低于650 ℃时,不锈钢螺栓相比不锈钢母材屈服强度下降更慢;温度在500～900 ℃时,不锈钢螺栓相比耐火钢螺栓强度和弹性模量下降更慢。     

半刚性端板连接节点在高温下的非线性有限元分析

应用ANSYS软件获得了门式刚架半刚性端板连接节点在高温下的转角一温度关系曲线及其临界温度,探讨了端板厚度、高强度螺栓规格、加劲肋厚度、摩擦系数、端板摆放位置等组件的变化对临界温度和节点转角-温度关系曲线的影响.为了提高半刚性梁柱连接节点的抗火性能,节点各组件的尺寸或规格需要相互匹配,以免某个组件过早屈服或断裂而导致连接节点失效,特别要注意端板、柱内侧翼缘、螺栓直径之间的匹配.