高强度钢材螺栓连接抗剪性能试验研究

近年来高强度钢材在工程中得到了逐步推广和应用,尤其是Q460强度等级的高强度钢材。但是目前各国规范都尚未对高强度钢材螺栓连接设计方法做出具体规定,仍沿用普通强度钢材的设计方法。因此,需对端距、边距和螺栓间距等几何构造对高强度钢材螺栓抗剪连接性能的影响进行深入的试验研究。针对10,12 mm厚的Q460强度等级的高强度钢材进行螺栓抗剪连接试验,通过改变两个10.9级M27高强度螺栓的几何布置,研究不同端距、边距和螺栓间距情况下,高强度钢材的承压性能的变化情况。由试验可以观察到螺栓抗剪连接的3种不同的破坏模式:端部撕裂、孔壁拉长和板净截面拉断。同时还将试验得到的极限承载力与欧洲和美国钢结构设计规范设计值进行比较。结果发现,现有规范并不能很好地预测高强度钢材螺栓抗剪连接的破坏模式和极限强度,建议更深入地进行参数分析以完善规范设计方法。     

高强度螺栓抗剪连接变形准则研究

本文通过对高强度螺栓抗剪连接进行试验研究和理论分析，得到了变强度螺栓抗剪连接的变形准则设计表达式，并提出了相应的设计建议，本文为国内首篇有关高强度螺栓连接变形准则方面的研究论文。     

新型高强度螺栓单边连接应变松弛及抗剪性能研究

装配式钢结构的快速发展对于可靠、简单、高强的单边螺栓连接提出了更高的要求。但目前市场上常见的单边螺栓构造复杂、价格较高且强度有限,国内尚无针对单边螺栓的设计标准。为此,提出了一种基于传统高强度螺栓的单边连接方式,并对其应变松弛及抗剪性能进行研究。试验结果表明,该新型高强度单边连接螺栓应变松弛较小,且松弛时间较短;该种连接形式的节点与传统承压型高强螺栓连接的破坏形式及承载力均非常接近,可以沿用现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》进行设计计算。但是,该单边连接构造形式在施拧中的扭矩系数偏大,仍需要更进一步的研究,以确保其螺栓上的预拉力达到设计要求。     

摩擦型高强度螺栓抗剪连接研究进展及评述

装配式钢结构建筑在我国的迅速发展对高强度螺栓的连接性能及经济性能提出了更高的要求。通过大量检索国内外相关学者的研究,对影响摩擦型高强度螺栓抗剪连接性能的各个因素进行了总结,并对这些影响因素的研究现状进行了分类评述;在中国、欧洲、美国和澳大利亚相关规范比较的基础上,对比分析了摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值的计算公式,计算了8.8S摩擦型高强度螺栓抗剪连接承载能力的设计值,比较了摩擦面抗滑移系数和高强度螺栓的预拉力。最后,指出了当前摩擦型高强度螺栓抗剪连接性能研究的不足之处,对其未来研究的内容和方向提出了建议。     

高强螺栓轴心抗剪连接性能分析

采用三维实体单元和接触单元,对承受轴心剪力的高强螺栓连接的性能进行研究,得出各螺栓外加拉力-螺栓剪力曲线和滑移曲线等。研究表明:各螺栓的剪力分布是中心小两头大,但并非按螺栓群中心完全对称分布;摩擦型螺栓群,剪力分布不均匀程度较大,但是在滑移发生时各螺栓分担剪力基本相等;滑移发生后螺栓群剪力分布又向不均匀发展,但是不均匀程度下降;螺栓内预拉力在外加拉力作用下会因板件泊松比效应和栓杆承压后的挤长效应发生松弛而减小。研究了螺栓间距、螺栓个数、预拉力大小、栓杆长度和板宽度对螺栓剪力的影响。     

各国规范高强度螺栓抗剪连接设计方法比较分析

高强度螺栓抗剪连接作为钢结构连接的一种有效方法得到了广泛的应用,而各国规范对高强度螺栓抗剪连接设计方法的规定有所差异。尤其是随着高强度钢材在实际工程中的推广和应用,各国规范规定的适用性有待进行深入探讨。本文对中国钢结构设计规范GB50017-2003、欧洲钢结构设计规范Eurocode 3、美国钢结构设计规范ANSI/AISC360-05、英国钢结构设计规范BS5950和澳大利亚钢结构设计规范AS4100中高强度螺栓抗剪连接设计方法进行对比,其中包括承压型连接和摩擦型连接,并给出了相关实例计算。     

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括：螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明：连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。     

钢结构高强度螺栓连接抗火性能的有限元分析

为研究钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火性能,建立有限元分析模型。采用块单元,考虑几何非线性和材料非线性,及高强度螺栓连接安装、受力及受火过程,编制了有限元分析程序。通过与有关的试验结果对比,验证了有限元分析程序计算的准确性和可靠性。在利用程序进行大量参数分析的基础上,导出了钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火临界温度实用计算公式,可供工程上高强度螺栓连接抗火设计采用。     

扭剪型高强度螺栓连接接头检测及长期工作性能

结合对宝钢工程的调查,开展了扭剪型高强度螺栓及其连接的工作性能检测与试验研究.在采集大量数据基础上,分析了滞后断裂和疲劳破坏机理,阐明了已有螺栓断裂的原因和今后的风险预测.     

配置高强钢筋工字形截面剪力墙试件抗震抗剪性能试验与有限元分析

通过对4片配置HRB600级钢筋以及1片配置HRB400级钢筋的工字形截面剪力墙进行低周反复加载对比试验,考察了配置HRB600级钢筋剪力墙与HRB400级钢筋剪力墙的性能差异;探讨高强钢筋剪力墙墙体配筋率、轴压比对剪力墙抗震抗剪性能的影响。试验结果表明：与HRB400级钢筋剪力墙相比,HRB600级钢筋剪力墙的极限抗剪承载能力略低,达到极限抗剪承载力时墙体中的钢筋也没有达到屈服;但加载后期墙体裂缝宽度更小,变形能力也更好。在试验的基础上,应用有限元分析软件VecTor2,对影响配置高强钢筋低矮剪力墙抗剪承载力的主要因素进行分析,并对HRB600级钢筋剪力墙抗震抗剪承载力计算时钢筋设计强度取值给出建议。     

基于0-1整数规划的高强螺栓连接优化设计

以受轴力、剪力和弯矩共同作用的摩擦型高强螺栓群连接计算为例,建立高强螺栓连接优化设计的0-1整数规划数学模型,并用LINGO软件编程进行求解。结果表明,优化设计程序可以用于高强螺栓连接设计计算,并能一次性确定高强螺栓的规格及所需要的螺栓个数。     

梁柱盖板连接的滞回性能研究

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。为了研究梁柱盖板连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对梁柱盖板连接进行了循环加载有限元模拟。设计了4组共12个试件,研究了节点域厚度、梁高、盖板长度及轴压比等参数对盖板连接滞回性能的影响。有限元分析结果表明:大部分节点表现出良好的延性,梁端位移超过80mm;节点域厚度越厚,连接的承载力和刚度越高;梁高越大,连接的延性越差,可能会发生强梁弱柱破坏;盖板长度对节点性能没有显著影响;轴压比越大,节点的强度、刚度和延性会显著降低。     

Analysis on shear behavior of high-strength bolts connection

Because of high cost of tests and numerical calculation using solid element of high-strength bolts connection in steel frameworks, it is important to find an accurate and simplified approach to describe the shear behavior of high-strength bolts connection. The paper aims to find a spring element to simulate the shear behavior instead of solid element in structure. Firstly, solid element model of high-strength bolt connection is established, which is proved correct and applicable comparing with existing typical shear tests. Then, base on the reliability of finite element model, the shear behavior of bolts connection is further discussed through a large number of parameter analyses. The three feature points and four stages of the simplified shear model are calibrated according to tests and calculation results. A simplified shear behavior model and hysteretic criterion of high-strength bolts connection are proposed. According to cases study, feasibility of the proposed model is validated. The proposed model gives a simple process to provide quite accurate results, which provides a great tool for engineering applications.     

普通螺栓与高强螺栓在梁柱连接中的应用

分析了普通螺栓与高强摩擦型螺栓在梁柱抗弯连接中的计算方法,提出两种螺栓在工程实践中,采用普通螺栓相比高强摩擦型螺栓的优点,避免工程设计人员不区分结构承受荷载性质而全部采用高强摩擦型螺栓连接,造成建筑成本提高,并提出了在何种荷载状态下采用哪种螺栓比较合理,来保证梁柱节点设计的合理性。     

钢管高强混凝土剪力墙受剪性能试验研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的受剪性能,设计制作了两批共32个小剪跨比（λ为0.3、0.56、0.8）钢管高强混凝土剪力墙试件并进行单向静力加载试验,分析了剪跨比、管外混凝土强度、轴压比、截面类型、水平分布筋配筋率和竖向分布筋配筋率对各试件受剪承载力、变形能力及其对试件破坏形态的影响。试验结果表明：钢管高强混凝土剪力墙作为组合构件,通过钢管外的抗剪环筋传递界面剪力,能够很好地协同受力,且具有初始刚度大、承载能力高的特点;剪跨比为0.56、0.80的试件,其破坏始于管外混凝土的斜压破坏;剪跨比为0.30的试件,其破坏形态为管外混凝土斜裂缝发展、贯通,墙体受压侧底部水平分布筋处混凝土错动、脱落,具有直剪破坏的特征;各试件破坏时均具有一定的变形能力。基于对试验结果的统计分析,提出了钢管高强混凝土剪力墙的受剪承载力计算式,计算值与试验值吻合良好,可为工程设计提供参考。     

高强箍筋高强混凝土梁受剪试验研究

设计了一套使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,利用该试验系统,完成了19根剪跨比为3的钢筋混凝土简支梁的剪切破坏试验,得到了荷载-挠度曲线。根据试验结果,分析了混凝土强度等级、箍筋的强度和倾角、纵筋配筋率和纵向分布钢筋等因素对试验梁破坏形态、剪切延性系数和受剪承载力的影响,并将受剪承载力试验值与我国混凝土结构设计规范和美国ACI规范计算值进行了对比。结果表明:对于剪跨比等于3的梁,适当配置腹筋,可以改善其延性性能;在高强混凝土梁中应用高强箍筋,可使两种材料的强度充分发挥,不仅增加了梁的剪切延性,而且提高了梁的受剪承载力;高强箍筋高强混凝土梁的受剪承载力仍可采用我国现行混凝土结构设计规范公式进行计算,但是对于高强混凝土无腹筋梁、纵筋配筋率低的梁和配有高强箍筋的普通强度混凝土梁安全度偏低。     

纤维高强混凝土抗剪性能的试验研究

通过84根尺寸为100mm×100mm×400mm的高强混凝土、钢纤维高强混凝土、聚丙烯纤维高强混凝土试件在剪切荷载作用下的抗剪试验,研究了纤维类型和纤维体积率(掺量)对高强混凝土抗剪强度及在剪切荷载作用下变形性能的影响。结果表明,纤维的加入有效地改善了高强混凝土的抗剪强度及变形性能。初裂抗剪强度和变形、极限抗剪强度和变形以及抗剪韧性均随纤维体积率(掺量)的增加而增大,试件破坏时能保持完整性。根据试验结果,建立了钢纤维高强混凝土及聚丙烯纤维高强混凝土抗剪性能的剪力传递模型和数学表达式。     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

点连接自保温节能剪力墙抗震性能试验研究

提出一种集承重与节能为一体的新型剪力墙结构体系——点连接自保温节能剪力墙结构。通过三片点连接自保温剪力墙体在水平低周反复荷载作用下的试验,考察了结构的裂缝开展、受力全过程和破坏形态,分析了节能剪力墙体的变形性能、延性、耗能能力等抗震性能,探讨了螺栓点连接的可靠性和受力机理。研究结果表明,点连接自保温剪力墙结构体系结构安全可靠、受力性能良好,在水平低周反复荷载作用下,外侧预制混凝土模板不会发生脱落、分离、倒塌破坏,证明螺栓点连接是一种有效的连接方式,可以保证现浇主体混凝土剪力墙与外侧预制混凝土板形成整体,共同工作。为点连接自保温节能剪力墙结构体系的工程应用提供依据。