不锈钢抽芯铆钉连接试验研究及设计建议

通过对不锈钢抽芯铆钉连接进行抗剪性能试验研究,明确了连接破坏形式,考察单剪和双剪构造、抽芯铆钉端距和间距、连接长度等关键参数的影响规律,提出抗剪承载力设计算式及相关设计建议。研究结果表明:抽芯铆钉连接的破坏形式为抽芯铆钉杆剪断破坏和不锈钢板承压破坏;抗剪承载力随着剪切面数目的增加而提高,双剪连接与单剪连接抗剪承载力之比为1.8~1.9;端距和间距应分别不小于2.5倍和3倍抽芯铆钉孔径;抽芯铆钉群抗剪承载力折减系数取值与连接板等厚与否以及连接长度有关。     

不锈钢螺钉连接试验研究及设计建议

通过对不锈钢螺钉连接抗剪性能的试验研究,明确了连接破坏形式,考察单剪和双剪构造、连接板厚、螺钉间距、连接长度和螺钉排列方式等关键参数的影响规律,提出螺钉抗剪承载力设计算式及相关设计建议。研究结果表明:螺钉连接的破坏形式为螺钉杆剪断破坏、螺钉斜拔破坏和不锈钢板承压破坏;抗剪承载力随着剪切面数目的增加而提高,双剪连接与单剪连接抗剪承载力之比等于2;承压破坏抗剪极限承载力随着板厚的增大而提高;端距和间距应不小于3倍螺钉直径;螺钉群抗剪承载力折减系数取值与连接板等厚与否以及连接长度有关。     

冷弯薄壁型钢螺钉-铆钉混合连接受剪性能及计算方法研究

为改善冷弯型钢结构中单一自攻螺钉连接和自冲铆接各自存在的缺陷,提出了优势互补的螺钉-铆钉混合连接,并对132个薄壁钢板混合连接进行受剪性能试验,对比分析了纯螺钉连接、纯铆钉连接、螺钉-铆钉混合连接三者的差异,研究了板厚、板厚比、连接件排列方式等对其受剪性能和破坏机理的影响,分析了现有承载力直接累加法的适用性,提出了改善的混合连接受剪承载力计算方法。结果表明：混合连接能充分结合螺钉连接和自冲铆接各自的优势,从而可有效提高纯螺钉连接的承载力、刚度和延性,及纯铆钉连接的变形和耗能能力;板厚和板厚比是分别影响其受剪性能及破坏模式的关键因素;连接件的排列方式对其力学性能和破坏机理有显著影响;由于不同连接的力学机理与性能相差较大,现有的承载力直接累加法用于混合连接计算时偏于不安全;而本文中基于承载力折减法提出的混合连接承载力计算方法,其计算值更为精确,用于设计时不但能考虑更全面的破坏模式,而且更为安全可靠。     

冷弯型钢锁铆连接抗剪性能非线性有限元简化分析方法研究

锁铆连接具有力学性能好、连接效率高等突出优势,在冷弯薄壁型钢结构中具有较好的应用前景。采用等效面域偶合、约束单元和连接单元三大类8种简化方法,建立了冷弯型钢锁铆连接受剪时的有限元简化模型;对比分析了简化模拟结果与试验结果,探明了各简化模型的适用范围;完成了不同板厚比下锁铆连接抗剪性能的参数分析,提出了适用于冷弯薄壁型钢结构的锁铆连接有限元非线性简化分析方法。研究结果表明：锁铆连接的主要受剪破坏模式为铆钉腿拔出下层钢板和铆钉头剪脱上层钢板;龙骨框架中冷弯型钢构件间的锁铆连接可采用约束单元Pin或紧固件单元Fastener进行简化模拟,龙骨框架与面板间的锁铆连接可采用连接器单元Cartesian或弹簧单元Spring2进行简化模拟;笛卡尔连接器单元可精确模拟出不同板厚比下锁铆连接的荷载-变形曲线和抗剪性能指标,且计算效率高,在冷弯薄钢型钢结构的非线性有限元分析中优先考虑。     

冷弯薄壁型钢自冲铆接受拉性能及设计方法研究

为将连接效率和工业化程度高的自冲铆接应用于冷弯薄壁型钢结构中，对84组薄壁钢自冲铆接进行了受拉性能试验；研究了钢板厚度、钢板厚度比、组合方式及铆钉长度对其受拉性能及破坏模式的影响；考察了现有自冲铆接抗拉强度计算方法及各国规范自攻螺钉受拉承载力计算方法的适用性；提出了自冲铆接的受拉承载力计算方法及基于容许强度法的设计方法。结果表明：钢板厚度比t2/t1是影响自冲铆接破坏模式的关键因素，当1≤t2/t1<1.5时，自冲铆接发生铆钉腿拔出下层钢板破坏，当t2/t1≥1.5时，发生铆钉头拉脱上层钢板破坏；钢板厚度和铆钉长度对自冲铆接受拉性能的影响显著，受拉承载力随两者的增加基本呈线性增加；钢板组合方式对自冲铆接受拉性能和破坏模式影响较大，薄板位于铆钉头侧能有效提高承载力及变形能力；由于计算值过于保守且考虑的破坏模式不全面，现有计算方法不适用于冷弯薄壁型钢自冲铆接；与现有方法相比，提出的自冲铆接受拉承载力计算方法能考虑更为全面的破坏模式，且其计算值精度更高、离散性更小。     

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。     

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》（GB 50018—2002）计算壁厚2 mm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 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AISI S100 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载力设计方法。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,试件抗剪承载力有所提高;中国规范GB 50018—2002适用于壁厚2 mm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。     

波纹钢板纵向接缝环槽铆钉连接与高强度螺栓连接受剪性能试验研究

与高强度螺栓连接相比,环槽铆钉连接具有预紧力不易损失、耐久性好等优势,具有替代高强度螺栓用于波纹钢板纵向接缝的可行性。为便于实际工程应用,需要对其受剪性能进行研究。以波形、板厚与连接件个数为参数设计了6组36个波纹钢板纵向接缝的轴压试验,包括两组单波波纹钢板环槽铆钉连接接缝、两组四波波纹钢板环槽铆钉连接接缝以及两组四波波纹钢板高强度螺栓连接接缝。波纹钢板波形尺寸分别为150 mm×50 mm、380 mm×140 mm,板厚分别为6、7 mm和8 mm。同时考虑波形和铆钉直径的影响,对四种连接形式的32个环槽铆钉进行了预紧力试验。主要从预紧力和受剪承载力两方面对两种连接形式进行了对比,并研究了钉群效应对于环槽铆钉连接纵向接缝承载力的影响。结果表明：强度等级相同的环槽铆钉预紧力明显高于高强度螺栓预紧力,环槽铆钉接缝在试验加载过程中未出现类似于高强度螺栓接缝的预紧力损失、连接松动现象,前者具有更大的受剪承载力和更好的延性。按JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》计算波纹钢板环槽铆钉连接纵向接缝承载力偏于保守。考虑钉群效应的影响,建议采用JGJ 99—2015计算孔壁承压承载力时乘以1.4的增大系数,计算环槽铆钉受剪承载力时乘以1.1的增大系数。     

铝合金板件环槽铆钉搭接连接受剪性能试验研究

针对工程中常用的铝合金板件环槽铆钉搭接连接,进行了受剪性能的静力试验。通过拉伸试验测得铝板用6061-T6铝材和铆钉用304HC不锈钢材的物理参数,测定了环槽铆钉的预紧力。试验中获得了12个单铆钉搭接连接试件的荷载-位移曲线和极限荷载,分析了其破坏模式及铆钉孔径、端距、边距等参数的影响。结果表明：试件的破坏形式有环槽铆钉剪切破坏、板件顶端纵向撕裂破坏与侧边横向撕裂破坏3种,控制铆钉孔端、边距尺寸能避免后两种破坏;环槽铆钉预紧力在板件间产生的摩擦力有限,因此该搭接连接应属于承压型连接;铆钉与孔壁间的间隙最终会因板件间的相对滑移而致密,故过大的铆钉孔径将造成大的残余变形,但对承载力的影响有限;剪力作用下节点的荷载-位移曲线早期有较明显弹性段,可取其弹性段的末端荷载值作为受剪承载力设计值,极限荷载和该承载力设计值的比值约为2.3。     

Experimental study on shear capacity of corrugated steel plate-longitudinal seams with ring groove rivet connection and high strength bolt connection

与高强度螺栓连接相比，环槽铆钉连接具有预紧力不易损失、耐久性好等优势，具有替代高强度螺栓用于波纹钢板纵向接缝的可行性。为便于实际工程应用，需要对其受剪性能进行研究。以波形、板厚与连接件个数为参数设计了6组36个波纹钢板纵向接缝的轴压试验，包括两组单波波纹钢板环槽铆钉连接接缝、两组四波波纹钢板环槽铆钉连接接缝以及两组四波波纹钢板高强度螺栓连接接缝。波纹钢板波形尺寸分别为150 mm×50 mm、380 mm×140 mm，板厚分别为6、7 mm和8 mm。同时考虑波形和铆钉直径的影响，对四种连接形式的32个环槽铆钉进行了预紧力试验。主要从预紧力和受剪承载力两方面对两种连接形式进行了对比，并研究了钉群效应对于环槽铆钉连接纵向接缝承载力的影响。结果表明：强度等级相同的环槽铆钉预紧力明显高于高强度螺栓预紧力，环槽铆钉接缝在试验加载过程中未出现类似于高强度螺栓接缝的预紧力损失、连接松动现象，前者具有更大的受剪承载力和更好的延性。按JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》计算波纹钢板环槽铆钉连接纵向接缝承载力偏于保守。考虑钉群效应的影响，建议采用JGJ 99—2015计算孔壁承压承载力时乘以1.4的增大系数，计算环槽铆钉受剪承载力时乘以1.1的增大系数。     

输电铁塔受拉角钢构件块剪及其计算方法试验研究

通过对不同规格、材质、螺栓端距、螺栓间距等情况下受拉角钢构件的承载力试验,研究块剪的破坏特征。结果表明:单排螺栓连接情况下块剪对构件受拉承载力起控制作用,必须验算块剪,特别是对于一些小规格构件,而双排螺栓连接构件一般可不验算块剪。同时通过试验结果与DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》计算方法及其修正方法的计算结果的对比,推荐采用修正方法进行受拉角钢构件的块剪计算,其计算结果与试验结果更为相符,也更能有效提高构件的安全性能。     

房屋建筑钢结构的设计与应用(四)

2.普通螺栓、铆钉的连接普通螺栓、铆钉承受剪力,都是依靠杆身承压和抗剪来完成的,所以,它们有相同的破坏特征。为了防止杆件或连接板因受挤压而被剪断,受力方向的端距e_2应大于2倍螺栓或铆钉的直径;为了避免螺栓杆或铆钉杆弯曲过大,其杆身长度应不大于直径的5倍;为了使连接件接触面紧密,避免潮气侵入缝隙而产生锈蚀,螺栓或铆钉的间距不能过大。螺栓、铆钉的排列要求如图7和表6所示。表中最大容许值取二者中较小者;d为螺栓(铆钉)孔径,δ为外层较薄板件厚度。角钢的最小线距和边距如图8和表7所     

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。     

螺锁式预应力混凝土方桩连接接头受剪性能研究

为了提高混凝土预制桩现场拼接的施工质量和施工效率,研发了一种新型预应力混凝土方桩的螺锁式机械连接接头.螺锁式机械连接件的拉伸试验验证了该连接件具有良好的抗拉性能.对两种类型共6根预应力混凝土方桩连接接头试件开展足尺受剪性能试验,研究了其受剪承载力、裂缝开展以及破坏形式.试验结果表明:预应力混凝土方桩连接接头试件的极限受剪承载力试验值均远大于桩身的受剪承载力计算值;加载过程中试件的纯弯段竖向裂缝先于弯剪段斜裂缝出现,最终试件破坏形式分为桩身正截面受弯破坏和接头斜截面受剪破坏.     

高温下植筋式后锚固群锚的抗剪性能试验研究

为研究植筋式后锚固群锚在高温下的抗剪性能,对16个群锚试件进行常温和高温下的剪切试验,得到了不同高温条件下试件内部的温度场,总结了各试件的破坏模式,分析了群锚的边距、间距和温度对其抗剪承载力、抗剪刚度和延性的影响。结果表明:常温下,群锚试件的边距大于8d、间距大于16d可以使得试件性能得到充分发挥;随温度升高,破坏模式由后排锚栓剪断向混凝土破坏转变。高温会使得群锚承载力和刚度大幅降低,位移延性和等效能量延性显著增大。     

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。     

高强耐候钢承压型螺栓连接受力性能试验研究

为研究高强耐候钢承压型螺栓连接的受力性能、影响因素及规范计算公式的适用性，对23个高强耐候钢螺栓连接的受力性能进行静力拉伸试验研究和数值模拟，研究端距、边距、螺栓间距和螺栓预紧力对连接破坏模式、承载力和变形能力的影响，确定了高强耐候钢承压型螺栓连接的破坏模式界限。结果表明：破坏模式受边距e₂和端距e₁共同影响，随着e₁/d₀(d₀为孔径)的增加，e₂/d₀≤2.0和e₂/d₀>2.0的连接(有限元模型)芯板破坏模式分别由撕裂破坏转变为净截面破坏、由剪出破坏逐渐转变为撕裂破坏；承压应力系数均随e₁/d₀的增加而增加，根据边距不同，增加到某一水平后趋于平稳，双螺栓连接间距与承压应力系数正相关；GB 50017—2017《钢结构设计标准》中对于高强耐候钢螺栓连接承压承载力预测偏保守，ANSI/AISC 360-16中不考虑螺栓孔变形时对应的计算承载...     

集簇式栓钉抗剪承载力折减系数计算方法

为给装配式钢-混组合结构梁桥集簇式栓钉抗剪连接件的设计提供参考,深入研究了集簇式栓钉抗剪连接件的受力特性。采用ABAQUS有限元软件建立推出试验有限元模型,对群钉效应及其主要影响因素进行了有限元参数化分析,并给出综合考虑混凝土强度、栓钉排数、栓钉纵向间距影响的集簇式栓钉连接件抗剪承载力折减系数计算公式。结果表明:受到群钉效应的影响,集簇式栓钉连接件的单钉平均抗剪承载力有较大程度的折减并且钉群受力呈现明显的不均匀性; 随着混凝土强度的提高,φ22×200栓钉连接件抗剪承载力、抗剪刚度逐渐增大; 当栓钉排数从3排增加至7排时,群钉的单钉平均抗剪承载力以及栓钉抗剪承载力折减系数逐渐降低,同时钉群受力的不均匀程度大幅提升; 当栓钉纵向间距由4d(d为栓钉直径)增加至8d时,群钉的单钉平均抗剪承载力以及栓钉抗剪承载力折减系数呈现增大趋势; 提出的集簇式栓钉连接件抗剪承载力折减系数计算公式计算值与有限元值吻合良好,可以为装配式钢-混组合结构梁桥集簇式栓钉抗剪连接件的设计提供理论依据。     

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。     

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。