悬挑施工平台高强螺栓附墙节点抗剪性能研究

为研究悬挑支撑施工平台体系与剪力墙连接的附墙节点抗剪性能,进行4个高强螺栓附墙节点足尺试件的抗剪性能试验,分析附墙节点的损伤过程、破坏形态、极限承载力。对试件进行数值模拟,分析应变、应力特征及损伤破坏过程。结果表明,高强螺栓附墙节点在剪切荷载作用下主要破坏形态为螺栓剪断与剪力墙局部混凝土压碎;混凝土强度等级由C30提高至C50时,试件极限承载力提高11.43%～16.83%;采用抗剪吊筋的试件较无抗剪吊筋试件极限承载力提高15.46%～21.05%;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

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。     

锚焊U形钢板加固钢筋混凝土梁的抗弯性能研究

设计了3根锚焊U形钢板加固的混凝土梁试件,并进行了四点弯曲加载试验,获得试件的破坏形态、荷载-挠度曲线、钢板和混凝土界面滑移情况以及各材料在加载过程中的应变发展情况,分析了加固梁的受力模式.采用有限元软件ABAQUS分析配筋率、抗剪螺栓间距、抗屈曲螺栓数量和钢板厚度对加固梁性能的影响特征和变化规律.试验结果表明,锚焊U形钢板加固混凝土梁的破坏模式属于延性的弯曲破坏,且整体性良好.有限元分析结果表明,配筋率越高的构件,加固效果越差;增加翼缘抗剪螺栓间距、梁底抗剪螺栓间距和腹板抗屈曲螺栓数量可以限制钢板的滑移和屈曲失稳,一定范围内能增加梁的极限承载力;加固钢板越厚,加固梁的刚度和承载力越大,并且钢板厚度的不同对梁的屈服变形和极限变形均有一定的影响.     

PBL连接件在长期荷载作用下的试验研究

为了研究PBL连接件在长期荷载作用下的受力性能,对6个PBL连接件试件进行了6个月的长期加载试验及极限承载力破坏试验,考虑的影响参数为钢板开孔直径、厚度和孔洞个数。试验考察了试件变形发展过程及破坏形态,得到了试件荷载-滑移曲线以及荷载-横向贯通钢筋应变曲线,并建立了钢梁与混凝土板相对滑移、横向贯通钢筋和孔洞周边应力与加载时间关系曲线;最后,在试验的基础上,对比总结了长期荷载和短期荷载作用对PBL连接件力学性能的影响。研究结果表明:增加开孔钢板直径、厚度和孔洞个数可以有效提高PBL连接件抗剪刚度,减小其相对滑移;与短期荷载作用下的试验结果相比,长期荷载作用下PBL连接件试件的抗剪刚度下降了16%~30%,但其破坏形态、荷载-横向贯通钢筋应变曲线、荷载-滑移曲线变化特点基本相同,且其极限抗剪承载力无显著差异。     

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。     

钢管套筒灌浆连接轴向受拉性能模拟试验研究

为研究钢管套筒灌浆连接轴向受拉破坏过程及破坏机理，试验中设计了16组48个钢管套筒灌浆连接试件，试件采用钢板代替圆钢管，并进行静载试验。分析了灌浆料裂缝扩展过程、荷载-相对位移曲线，并对抗剪键高距比、灌浆料厚度、侧向力等因素对破坏过程及承载力的影响进行分析。结果表明：对于不设置抗剪键的套筒灌浆连接试件，斜裂缝随机产生，裂缝分布不均匀；对于设置抗剪键的套筒灌浆连接试件，裂缝首先出现在底部抗剪键位置处，与水平方向夹角约为30°，随后在中部和上部抗剪键位置处分别出现斜裂缝。由于每个抗剪键上荷载分担并不均匀，与抗剪键接触的灌浆料逐渐达到极限压应力，达到极限状态时，承载力全部由抗剪键间的机械咬合力承担，在连接承载力中，可忽略摩擦力和胶结力作用。随着抗剪键高距比h/s增大，各试件初始剪切刚度相差不大，承载力增大，但增幅逐渐减小，建议抗剪键高距比0.06g/s>0.3，同时需要满足灌浆料灌注的施工要求。     

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。     

不同螺栓边距对角钢连接性能影响的研究

角钢在土木工程中应用广泛。为研究不同螺栓边距对角钢连接性能的影响,设计了角钢在不同螺栓边距下的连接试验,通过改变螺栓孔边距研究角钢螺栓连接的抗剪性能,建立ABAQUS有限元模型与试验结果对比验证。并运用有限元建模方法,改变角钢型号进行参数分析。结果表明,有限元分析的荷载-位移曲线、极限承载力和破坏模式与试验结果吻合较好,为做参数分析提供依据;对《钢结构设计手册》中螺栓边距进行修正,便于实际工程应用。     

Q550钢材高强螺栓连接承压性能研究

高强螺栓承压型连接是钢结构中常用的节点连接方式,采用经验证可靠的Marc有限元计算模型对Q550高强度钢材高强螺栓承压型连接的承压性能进行数值模拟。分别对影响极限承载力的端距、边距、螺栓预紧力以及连接板件间的抗滑移系数等因素进行研究。研究结果表明:端距和边距二者共同影响Q550高强螺栓承压型连接的破坏模式和极限承载力,当端距和边距值分别取2. 0d0(d0为螺栓孔径)和1. 5d0时连接发生承压破坏并可以得到较高的承载力;对螺栓施加预紧力可以适当提高接头的极限承载力;抗滑移系数对极限承载力的影响不大。     

钢框架内嵌外墙板连接件抗剪性能研究

对三种不同连接形式下的内嵌墙板与钢框架进行抗剪性能试验,研究钩头螺栓、套筒螺栓以及焊接钢板的抗剪性能,并计算不同连接形式下试件的理论抗剪承载力。试验结果表明:由套筒螺栓连接的试件抗剪承载力最大,且套筒螺栓的抗剪性能最好,钩头螺栓次之,焊接钢板连接的试件抗剪承载力最小,焊接钢板的抗剪性能最差。实践表明,连接件理论抗剪承载力试验结果与计算结果吻合较好。     

钢板墙束柱受力性能试验研究及理论分析

对3个1/2缩尺钢板墙束柱试件分别进行单调和往复加载拟静力试验,研究其在水平荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、受剪承载力及滞回性能;对钢板墙束柱试件建立有限元分析模型,并按照试验加载制度进行数值模拟分析,得到了钢板墙束柱试件的力学性能;在试验和有限元分析的基础上,提出了钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力理论计算式。试验、分析及计算结果表明,单调荷载作用下钢板墙束柱试件抗侧性能稳定,层间位移角达到1/50时,加载后期试件承载力不下降,延性性能好;往复荷载作用下钢板墙束柱试件的滞回性能稳定,层间位移角达到1/50时承载力没有降低,滞回曲线平滑、饱满;钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力的理论计算结果与试验及有限元分析结果很接近。     

钢板墙束柱受力性能试验研究及理论分析

对3个1/2缩尺钢板墙束柱试件分别进行单调和往复加载拟静力试验,研究其在水平荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、受剪承载力及滞回性能;对钢板墙束柱试件建立有限元分析模型,并按照试验加载制度进行数值模拟分析,得到了钢板墙束柱试件的力学性能;在试验和有限元分析的基础上,提出了钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力理论计算式。试验、分析及计算结果表明,单调荷载作用下钢板墙束柱试件抗侧性能稳定,层间位移角达到1/50时,加载后期试件承载力不下降,延性性能好;往复荷载作用下钢板墙束柱试件的滞回性能稳定,层间位移角达到1/50时承载力没有降低,滞回曲线平滑、饱满;钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力的理论计算结果与试验及有限元分析结果很接近。     

轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

为优化轻质夹芯外墙板与钢框架的连接方式,设计3种不同连接件并进行推出试验,分析套筒螺栓、钩头螺栓以及焊接钢板的抗剪承载力及对周围混凝土的影响区域。试验结果表明:套筒螺栓连接的试件抗剪承载力最大,钩头螺栓连接的试件抗剪承载力比套筒螺栓的稍小,焊接钢板连接的试件抗剪承载力最小;3种连接件对周围混凝土的影响区域均很小。不同连接件的抗剪试验研究结果将为后期轻质外墙板的拟静力试验设计提供依据。     

不同螺栓边距对槽钢连接性能影响的研究

GB 50017—2003《钢结构设计规范》未对槽钢螺栓连接下螺栓边距值明确规定。为研究不同螺栓边距对槽钢螺栓连接性能的影响,设计了2组试件进行受力试验,并运用ABAQUS建立有限元模型进行分析,最后对试验结果与有限元结果进行了对比。试验得到的破坏模式、荷载-位移曲线和极限承载力与有限元分析结果吻合较好,建立的有限元模型能够准确模拟槽钢螺栓连接的受力性能。通过对18组槽钢螺栓试件的连接性能进行有限元参数分析,对《钢结构设计手册》中的螺栓边距值提出了修正建议。     

10.9级国产自锁式单向螺栓承载性能研究

研制开发出了国产自锁式10.9级单向螺栓,并针对6种不同型号的10.9级单向螺栓进行了单个螺栓的轴向拉伸和剪切的静力试验,各种型号的螺栓均进行了多种钢板厚度的试验。通过上述试验,得到了国产自锁式10.9级单向螺栓在轴向拉力和剪力作用下的荷载-位移曲线,由此获得了单个国产自锁式10.9级单向螺栓的抗拉极限承载力、抗剪极限承载力等力学性能指标。试验结果表明,除了用于连接钢板较薄的情况,国产自锁式10.9级单向螺栓的抗拉承载力和同等级承压型高强度螺栓相当,抗剪承载力优于同等级承压型高强度螺栓,能满足工程应用的需要,为国产自锁式10.9级单向螺栓连接的工程应用提供了基础数据和依据。     

钢-混凝土组合梁中高强螺栓连接件的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓连接件在钢-预制混凝土组合梁中的抗剪性能,对11个高强螺栓连接钢-混凝土组合试件进行了推出试验,分析了预紧力、螺栓直径、预留孔洞大小和混凝土强度等参数对高强螺栓连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载能力的影响。试验结果表明:高强螺栓连接件的破坏形态为螺栓周围混凝土受压破坏和螺栓栓杆在钢梁和混凝土界面间的弯剪破坏。高强螺栓在加载过程中,同时受到剪力、弯矩和拉力的共同作用,螺栓栓杆受力较为复杂。高强螺栓连接件受剪承载力主要受螺栓直径、混凝土强度的影响,适当增大螺栓的直径、提高混凝土强度,可提高螺栓连接件的受剪承载力。高强螺栓预紧力越大,初始滑移荷载越大,但对试件的受剪承载力影响较小。     

往复荷载下柔性剪力板连接组件力学性能

为研究往复荷载作用下柔性剪力板连接组件的力学性能,设计制作了4个剪力板连接试件,进行低周往复荷载作用下的试验研究,并采用ABAQUS对试验进行模拟分析,得到往复荷载作用下柔性剪力板连接的承载力、受力—变形关系及失效模式,给出柔性剪力板连接的设计建议。研究结果表明:当端距在2.5倍螺栓直径内时,螺栓孔承压组件承载力与端距成线性关系;在卸载时,柔性剪力板连接的受力—变形为线性关系;螺栓孔承压组件的变形能力强于螺栓受剪组件。     

装配式组合梁高强螺栓连接件抗剪性能试验研究

为实现钢-混凝土组合楼盖和组合桥梁等结构的装配化,提出了一种钢梁-预制混凝土板采用高强螺栓的可拆卸装配式抗剪连接方法。以螺栓直径、孔径比(预留孔径和螺栓直径的比值)、约束条件为试验参数,设计了共14个试件,研究预制装配式高强螺栓抗剪连接件的抗剪性能。通过试验获得了预制装配式连接件的破坏模式、高强螺栓的抗剪承载力和荷载-滑移特性,同时,与现浇混凝土板推出试件的破坏模式和受力性能进行对比。试验结果表明:所有试件均发生螺栓的剪断破坏,且断裂均发生在混凝土板与钢梁的交界面上;增大孔径比能改善螺栓的抗剪性能;高强螺栓、无收缩自密实水泥基高强浇筑料(HPG)和混凝土板之间的连接是可靠的;由抗拉强度和截面面积控制的抗剪承载力计算公式可较好地预测连接件的极限承载力。     

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。     

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。