自攻螺钉拉剪耦合作用数值分析

为了研究轻钢结构中常用的自攻螺钉连接模型在拉剪共同作用下的承载性能,对自攻螺钉抗剪、抗拉和抗拉剪共同作用下白承载力进行数值分析,分析拉剪共同作用极限状态下拉力施力比和剪力施力比的耦合关系。数值分析结果表明:针对该模型的分析结果与相关技术标准及文献结果都吻合较好,证明了模型分析结果的正确性。随着板厚及螺钉直径的增大,自攻螺钉连接模型抗剪与抗拉承载力均增大;拉剪共同作用极限状态下,剪力施力比随拉力施力比的增大而减小,两者呈非线性负相关关系;在拉力施力比为0.6,板厚为0.5,0.8 mm时,剪力施力比最大减小37%和44%;当板厚为1 mm时剪力施力比最大减小18%。     

斜螺钉在正交胶合木中的抗拔性能研究

为给斜螺钉在正交胶合木(CLT)中连接性能的研究提供理论依据,进行握钉力试验。结果表明:试验主要破坏形态为自攻螺钉拔出和木材表面撕裂破坏,随自攻螺钉与木材纹理方向的夹角α增大,木材表面撕裂破坏现象越明显;试件刚度和强度都随α的增大而增大。     

自攻螺钉参数设置对胶合木梁柱节点受力性能的影响

采用自攻螺钉对胶合木梁柱节点进行横纹加强可有效传递木材的横纹拉应力和顺纹剪应力,从而延缓木材开裂、提高节点性能。为了研究自攻螺钉的布置间距、直径和个数等参数对加强节点受力性能的影响,对4组采用不同布置间距、直径和个数的自攻螺钉加强胶合木螺栓连接梁柱节点进行单调和低周往复加载试验,得到各组节点的刚度、延性、承载力、破坏模式和抗震性能。结果表明：自攻螺钉个数增加、直径增大,节点的承载力、破坏转角、延性系数以及节点总耗能增大;自攻螺钉布置间距的变化对节点在单调荷载作用下的承载力和延性系数无明显影响;而节点在往复荷载作用下时,随着自攻螺钉布置间距的减小,节点承载力和总耗能降低。     

不同构造木、冷弯薄壁C型钢组合框架剪力墙受力性能的试验研究

由木规格材作为顶梁板和底梁板的冷弯薄壁型钢木结构是一种新型结构体系。通过对4组不同间距墙骨柱和不同间距自攻螺钉组成的冷弯薄壁型钢木框架组合剪力墙进行单向加载和反复加载试验,得到了该体系墙体的破坏形态、抗剪强度、抗侧刚度、荷载-位移等受力性能。试验结果表明：与标准构造的剪力墙相比,随着墙骨柱和边框架自攻螺钉间距的减小,剪力墙的抗剪强度和抗侧刚度提高;墙骨柱间距不同对剪力墙的影响大于自攻螺钉间距的影响。     

基于Monte-Carlo法的型钢超高强混凝土框架节点抗剪强度计算方法可靠度分析

为了检验基于软化拉压杆模型提出的框架节点抗剪强度计算方法的可靠度,根据GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》,运用Monte-Carlo法,对影响抗剪强度的可变因素进行随机抽取,分析配箍率、轴压比、荷载效应比及荷载组合形式的变化对节点抗剪强度计算方法可靠度指标β的影响。结果表明:型钢超高强混凝土框架节点抗剪强度计算方法可靠度指标β随配箍率的增大而减小,随荷载效应比的增大呈现出先增大后减小的趋势,随轴压比n的增加表现出先减小后增大的趋势,恒载和办公室活荷载组合时可靠度指标β最大,恒载和风荷载组合时可靠度指标β最小。结论:型钢超高强混凝土框架节点抗剪强度计算方法的可靠度指标β符合GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定。     

坡面岩体–基质–根系互作的力学特性

通过试验对岩石边坡植被护坡工程坡面岩体–基质–根系互作的力学特性进行了初步探讨,研究了基质–根系复合体自身的抗剪、抗拉及其与岩体间的抗剪特性;探明了抗剪强度、抗拉强度与复合体含根量、含水量等因子间的关系及时间尺度效应。研究结果表明:基质–根系复合体与岩体间的抗剪力主要由摩擦力及生物作用力组成,抗剪强度随含水量的增加而减小,随含根量增加而增大,均表现出对数函数关系,含水量对摩擦力及生物作用力均产生影响,含根量主要影响生物力部分;由于植物根系的存在,复合体具有了抗拉特性,其抗拉强度随含根量增加而增大,随含水量的增加而降低,并与两者间存在较显著的函数关系;复合体抗剪强度τ与正压力σ的关系符合库仑定律,但c,?值与一般土的抗剪强度指标的物理意义不同,还包含了根系的作用效果,在复合体含水量与正压力相同情况下,抗剪强度与含根量呈指数函数关系,根系总量增加,c,?值均呈增加趋势,显著提高了复合体抗剪强度,在复合体的含根量与正压力相同的情况下,抗剪强度与含水量呈幂函数关系,含水量的增加使c,?值减小,复合体抗剪强度降低;坡面岩体–基质–根系互作的力学特性具有明显的时间尺度效应,草种为狗芽根时,播种后5个月基本达到稳定。     

砂岩拉–剪力学特性试验研究

岩体工程开挖和河谷下切均将致使岩体应力沿一个或多个方向卸荷,造成岩体应力场重分布。这种卸荷常造成岩体承受拉剪应力,使得卸荷岩体的破坏呈现明显张性特征。然而由于试验技术的限制,在法向拉应力作用下岩石剪切力学行为的试验研究仍非常困难。笔者研发了拉伸–双面剪切试验装置,可直接在常规微机控制伺服直剪试验机上进行试验(将法向压应力转换成拉应力)。采用此装置,开展了砂岩的拉剪试验,结果表明:拉–剪应力作用下岩石剪应力–剪位移曲线峰前仅出现初始非线性段和线性变形两个阶段(即没有峰前的屈服段);砂岩抗剪强度和剪切刚度随法向拉应力的增大逐渐减小;Hoek-Brown准则比Mohr-Coulomb准则能更好的描述砂岩在拉剪应力下的强度特征;随着法向拉应力的增大,岩样破裂面张性特征越突出且形状更为平直。     

筋箍碎石桩桩–土界面摩擦特性试验研究及离散元模拟

筋箍碎石桩复合地基桩–土界面摩擦特性对其荷载传递机理极为重要。首先通过室内大型直剪试验,研究了法向应力、软土含水率、碎石料相对密实度、筋材设置等因素对筋箍碎石桩桩–土界面摩擦特性的影响。在此基础上,采用离散元方法分析了筋材设置、筋材开孔率、筋材抗拉刚度等因素对界面摩擦特性的影响。室内试验及数值分析结果表明:桩土界面抗剪强度随法向应力、碎石料相对密实度、筋材开孔率、筋材抗拉刚度的增大而增大,随软土含水率的增加而降低;界面摩擦系数则随法向应力、软土含水率的增大而减小,随碎石料相对密实度、筋材开孔率的增大而提高,筋材抗拉刚度对其影响较小。     

正交胶合木墙体与楼板角钢连接节点力学性能研究

研究一种正交胶合木(CLT)墙板与楼板角钢连接节点。首先通过试验研究两种自攻螺钉在CLT板中的顺纹抗剪、横纹抗剪、抗拔性能和破坏模式,为估算CLT墙板与楼板角钢连接节点试验承载力提供依据;之后对角钢连接节点进行抗拔、抗剪方向的单调及往复加载试验。结果表明,墙板-楼板角钢连接节点主要破坏模式为与墙板连接钉的变形及墙板木材承压破坏,节点表现出较好的延性和耗能性能。     

弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力有限元分析

文章对水平单调加载方式下单面石膏板、单面OSB板、双面覆板(石膏板+OSB板)三类组合墙体的抗剪承载力进行有限元分析,研究墙架柱间距、自攻螺钉间距、蒙皮板等因素对组合墙体抗剪承载力的影响。分析结果表明:蒙皮板对墙体抗剪承载力影响显著;随着墙架柱间距缩小、自攻螺钉间距减小墙体抗剪承载力明显增加。     

胶合板覆面轻钢龙骨式组合墙体抗剪性能分析

为推广胶合板在低层轻钢龙骨房屋体系中的应用,本文利用有限元软件分析了胶合板覆面轻钢龙骨式组合墙体的抗剪性能。在建立有限元模型时,龙骨和面板分别选用三维梁单元和平面应力单元模拟,并考虑到材料非线性和几何非线性的影响,采用耦合双弹簧模型模拟自攻螺钉连接。基于胶合板-轻钢龙骨自攻螺钉连接性能,分析组合墙体在水平荷载作用下的抗剪承载力。通过对比分析,讨论胶合板厚度、自攻螺钉直径以及墙面板周边自攻螺钉间距对组合墙体抗剪性能的影响。分析结果表明:随着胶合板厚度增加、自攻螺钉直径加大、墙面板周边自攻螺钉间距加密,组合墙体的抗剪承载力明显增加。     

胶合木-CLT组合梁斜螺钉连接的界面受剪性能

为研究胶合木(GLT)梁和正交胶合木(CLT)板之间斜螺钉连接的界面受剪性能，对6组GLT-CLT界面连接抗剪试件进行了推出试验研究，主要考虑自攻螺钉的布置方式、钉入长度和数量等参数对界面连接受剪性能的影响，其中布置方式包括剪拉螺钉、剪压螺钉和交叉螺钉。试验结果表明：剪拉螺钉连接的承载力约是剪压螺钉连接承载力的6倍；交叉螺钉连接的承载力约为单个剪拉螺钉和单个剪压螺钉的承载力之和，刚度亦然。在揭示斜螺钉连接破坏机制的基础上，基于刚性杆模型提出了剪拉螺钉连接滑移刚度和承载力的计算方法；基于弹性地基梁理论提出了考虑剪压螺钉连接典型双铰破坏模式的滑移刚度和承载力计算方法；通过剪拉和剪压螺钉连接受剪性能的叠加，得到交叉螺钉连接的滑移刚度和承载力，理论计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋混凝土剪力墙拉剪承载力分析

完成了3组截面纵筋率分别为1.7%、2.5%和3%,剪跨比为1.5的13片钢筋混凝土剪力墙拉剪性能试验。试验结果表明,剪力墙的抗剪承载力随轴拉力的增加而减小,随截面纵筋率的提高而提高。在拉力和剪力共同作用下,因轴拉力的大小不同,剪力墙出现剪压破坏和滑移破坏两种破坏模式。根据试验结果绘制了破坏模式的分界线并推导了临界点计算公式,公式表明轴拉力越高、纵筋率越低的试件越容易发生滑移破坏。基于理论分析和以往的经验公式,在剪压破坏模式的抗剪承载力公式中增加了暗柱纵筋项。根据试验数据得出,剪压破坏模式下,抗剪承载力公式中的轴拉力和暗柱纵筋的影响系数分别为?0.2和0.04;滑移破坏模式下,轴拉力和截面纵筋影响系数分别为?0.6和0.6。     

自攻螺钉连接冷弯薄壁钢板抗剪性能研究

自攻螺钉以良好的连接性能在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中得到应用,为获得采用自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢结构节点的抗剪力学性能和失效模式,文中采用厚度为2mm的冷弯薄壁钢板和ST4.8、ST6.3自攻螺钉,共设计6组18个自攻螺钉抗剪试件,通过对比试验,分析影响自攻螺钉连接冷弯薄壁型钢板抗剪性能的主要因素,结果表明自攻螺钉直径的增加和螺钉端距的变大对试验试件的抗剪性能和失效模式具有明显影响,试验为自攻螺钉在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中广泛应用提供技术支撑。     

高温下自攻螺钉搭接连接薄钢板抗剪性能研究

采用有限元方法对自攻螺钉搭接连接薄钢板在高温下的抗剪性能进行了研究。薄钢板厚度分别采用0.42mm,1.20mm,1.90mm;通过改变温度和自攻螺钉的布置方式,研究抗剪连接件的承载力和破坏模式。分析结果表明:自攻螺钉搭接连接薄钢板在剪力作用下,会发生明显的倾斜;自攻螺钉沿受力方向布置时的承载力略高于垂直受力方向布置时的承载力,两者破坏模式相似;节点在高温下的破坏模式与在常温下类似。将模拟结果与冷成型钢设计规范的预测结果进行比较,发现现行规范可以较准确地预测抗剪连接件的破坏模式,而对其承载力的预测,欧洲规范比北美规范更加保守。     

法向卸荷条件下含单裂隙砂岩剪切强度与破坏特征试验研究

在地下工程及边坡开挖和河谷下切等人为和自然因素作用下,岩体应力将沿至少某一个方向卸荷,造成复杂的岩体应力重新分布。这种卸荷易诱发岩体工程灾变,其中法向应力卸荷诱发岩体剪切破坏尤为突出。采用法向应力逐渐卸荷而剪切应力保持恒定的直剪试验方法,模拟开挖卸荷诱发岩体剪切破坏的力学机制。研究法向应力卸荷条件下,裂隙与剪切方向的夹角(后面简称夹角)及应力水平对单裂隙砂岩试样剪切变形、强度及破裂演化的影响规律。随着夹角从0°向180°增加,破坏模式依次表现为剪切破坏、张拉破坏、张剪混合破坏及剪切破坏的过渡。卸荷过程中法向位移和剪切位移均随初始法向应力的增大逐渐增大,而随初始剪应力的增大均逐渐减小。卸荷过程中法向位移随夹角的增大呈现先减小后增大的变化,而剪切位移对夹角不敏感。破坏时法向应力卸荷量随初始法向应力的增大逐渐增大,随初始剪应力的增大逐渐减小,随夹角的增大先减小后增大,夹角为60°时试样最容易发生破坏。通过对破裂面的应力状态分析,从力学机制的角度解释了破坏模式与夹角的相关性。研究成果丰富了卸荷岩体力学基础理论,为岩体工程开挖灾害防治提供理论支撑。     

混凝土组合板与冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究

通过对混凝土组合板与冷弯薄壁型钢构件采用自攻螺钉连接抗剪模型进行单调加载试验,分析了螺钉连接模型界面抗剪破坏模式、螺钉抗剪承载力以及混凝土组合板内置或不内置抗剪件对组合板粘结性能的影响。采用规范理论公式计算了单个螺钉抗剪承载力,理论计算结果与试验结果吻合较好。破坏模式表现为:螺钉抗剪破坏、混凝土与压型钢板粘结破坏、压型钢板承压或失稳破坏。混凝土与压型钢板粘结开裂前,内置抗剪件能够提高连接抗剪刚度,减小滑移;内置抗剪件的螺钉抗剪承载力比不内置抗剪件的偏低。建议混凝土和压型钢板之间内置冷弯薄壁型钢抗剪件;当混凝土与压型钢板间考虑或不考虑组合效应时,螺钉连接抗剪承载力应采用不同理论计算方法。     

兰州马兰、离石压实黄土抗剪强度影响因素探讨

抗剪强度是压实黄土的重要力学指标,在不同压实和含水状态下,土体的抗剪强度存在明显差异。对兰州青白石马兰、离石压实黄土进行了直剪试验,得到不同压实度和含水率下的黏聚力和内摩擦角,探讨了含水率和压实度对压实黄土抗剪强度的影响。结果表明：黏聚力随压实度的增大而增大,且离石黄土增大幅度大于马兰黄土;含水率小于最佳含水率时黏聚力随含水率的增大略有增大,当含水率大于最佳含水率后黏聚力随含水率的增大反而急剧减小;离石黄土和马兰黄土内摩擦角均随压实度增大而增大、随含水率增大略有减小。     

不同轴压比钢板-混凝土组合剪力墙的有限元分析

钢板-混凝土组合剪力墙是一种适用于高层建筑结构的新型抗侧力体系.选择合适的混凝土和钢材本构模型,利用ABAQUS有限元软件对单调荷载作用下的钢板-混凝土组合剪力墙进行有限元模拟.模拟结果表明墙体所受的竖向轴压力有利于提高其水平抗剪承载力;轴压比较小时,墙体水平抗剪承载力随轴压比增大而有所提高,但轴压比过大时,水平抗剪承载力又随之降低,轴压比在0.3～0.5之间时,墙体的水平抗剪承载力最大;竖向轴压力对墙体水平抗剪承载力的提高幅度最大为（fcAc＋fyAs）的4％左右.另外,轴压比越大,墙体的变形能力、延性都越差.     

冷成型钢龙骨-石膏板自攻螺钉连接低周往复荷载试验

开展了冷成型钢龙骨-石膏板自攻螺钉连接抗剪试验研究,完成了32个典型试件低周往复荷载试验,分析了螺钉边距和覆板层数对自攻螺钉连接抗剪强度的影响,并提出了抗剪强度简化公式。结果表明:由于石膏板沿板边与板内方向所具备的抗挤压能力不同,试件正向加载抗剪强度普遍小于负向加载抗剪强度;部分试件在达到抗剪强度峰值后荷载 位移曲线发生突变,此时一般伴随石膏板迅速开裂或者螺钉拔出等现象;试件主要呈现石膏板挤压破坏,部分自攻螺钉存在少量倾斜现象;螺钉边距为10~25 mm时,试件抗剪强度随边距增大呈增大趋势;螺钉边距超过25 mm时,试件抗剪强度增长不明显;双层覆板试件抗剪强度明显高于单层覆板试件,但尚未达到单层覆板试件抗剪强度的2倍;所提出的抗剪强度简化公式预测结果与试验结果吻合良好。