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。     

胶合木-混凝土组合梁斜向螺钉连接件受剪性能研究

为研究斜向螺钉连接件在胶合木-混凝土组合梁中的受剪性能，对8组24个采用斜向螺钉连接件的胶合木-混凝土组合试件进行了推出试验，分析了嵌入方式和嵌入角度对螺钉连接件的破坏模式、荷载-滑移特性和受剪性能的影响。研究结果表明：沿剪力方向单向倾斜螺钉连接件的破坏模式主要为螺钉单铰弯曲破坏和螺钉双铰弯曲破坏；斜交螺钉连接件的破坏模式主要为受压剪作用螺钉的周围混凝土锥体破坏和受拉剪作用螺钉拔出破坏；随着斜向螺钉连接件与界面夹角逐渐增大，螺钉连接件的受剪承载力和抗剪刚度逐渐减小；沿剪力方向45°单向倾斜螺钉连接件的受剪承载力和抗剪刚度较垂直嵌入木梁的螺钉连接件的受剪承载力和抗剪刚度分别提高了21.8%和51.6%；±45°斜交螺钉连接件的受剪承载力与垂直嵌入木梁的螺钉连接件的受剪承载力相差不大，但其抗剪刚度较垂直嵌入木梁的螺钉连接件的抗剪刚度提高了76.6%。在试验研究的基础上，提出了胶合木-混凝土组合梁斜向螺钉连接件受剪承载力的计算方法，该公式的计算结果与试验结果吻合较好，并验证了现有抗剪刚度计算公式的适用性。     

开孔板连接件受剪承载力研究

为研究开孔板（PBL）连接件的受剪承载力,在已有试验和理论研究的基础上,分析了单孔PBL连接件的破坏模式及受剪承载力的主要影响因素,并建立开孔钢板厚度不小于9mm时,单孔PBL连接件考虑侧向约束力的受剪承载力模型。该模型考虑了开孔钢板周围的混凝土包裹、贯通钢筋和试件底面摩擦对PBL连接件提供的较强约束作用,以及由此导致的单孔PBL连接件受剪承载力的提高。通过大量的单孔PBL连接件的受剪试验数据拟合得到单孔PBL连接件的受剪承载力计算公式。该计算公式和已有计算公式的计算值与试验值的对比分析表明,未设置贯通钢筋的试件受剪承载力的离散性较大,而设置贯通钢筋的试件受剪承载力的离散性相对较小;该计算公式能合理考虑混凝土包裹、贯通钢筋和试件底面摩擦对PBL连接件受剪承载力的影响,其计算结果与试验值总体吻合得较好。     

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.     

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。     

冷弯薄壁型钢结构多颗锁铆连接受剪性能试验研究

将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构构件间的连接中,考虑了铆钉端距、间距、数量、排列方式等因素,对锁铆连接的受剪性能进行试验,研究了各试件的荷载-变形曲线、受剪承载力及破坏模式。基于传染病传播动力学SIR模型,建立了单颗锁铆连接力学模型,并考虑铆钉群折减效应提出了多颗锁铆连接的受剪承载力计算方法。研究结果表明:多颗锁铆连接的破坏主要为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部脱离上层板材、钢板净截面拉断,其中前者为较理想的延性破坏模式;铆钉排列方式、端距和间距对锁铆连接的受剪性能影响较大,铆钉应优先纵向排列,端距、间距不宜小于3倍与5倍铆钉直径;考虑铆钉群折减效应的受剪承载力计算方法具有较高的预测精度。     

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。     

自攻螺钉、拉铆钉连接的受力蒙皮抗剪性能试验研究

本文对111个自攻螺钉、拉铆钉连接及14块由这种连接件连接的蒙皮板进行了抗剪性能试验,并分析了其抗剪强度、抗剪刚度、工作特点、破坏模式以及变更连接件布置方式、压型板跨度对受力蒙皮性能的影响。试验结果与国外的试验和理论分析结果符合较好。文中还提出了将压型钢板等效为正交各向异性板,用有限元法分析蒙皮的抗剪性能,所得蒙皮连接件内力分布规律,有助于进一步研究建立我国的蒙皮设计计算方法。     

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。     

对边简支钢筋混凝土板受剪性能试验研究

进行了 5块共 9次集中荷载作用下对边简支钢筋混凝土板的受剪性能试验 ,分析了试验板的受力工作机理、挠度、裂缝、钢筋应变和板的破坏形态。试验结果表明 :在集中荷载作用下 ,对边简支钢筋混凝土板的工作机理和破坏形态随板宽跨比的增加而由梁剪、冲剪变化到冲切。提出了这三种不同破坏形态之间的界限值 ;并建议了相应的受剪承载力计算方法。     

金属蒙皮抗剪连接试验研究及计算探讨

金属蒙皮受剪性能及其蒙皮效应的发挥与其连接件的形式和受力性能密切相关,通过对常用的自攻螺钉和电阻点焊两大类连接、22组不同连接板厚、螺栓(焊钉)直径组合的94个试件抗剪连接模型试验研究,观察到两种连接可能出现的延性和脆性破坏形态,分析了其破坏机理、受力特点以及螺钉(焊钉)直径、钢板厚度等关键因素对连接强度和刚度的影响。运用最小二乘法和数理统计原理,提出了金属蒙皮两类抗剪连接的强度和刚度的幂函数拟合公式,与试验结果及ECCS、AISI规范计算值比较可知,所提出的抗剪强度计算公式能较好地反映金属蒙皮抗剪连接强度的变化规律,具有较高的精度,但刚度拟合误差相对较大,值得进一步探讨。     

冷弯薄壁型钢组合楼盖和自攻螺钉连接的抗剪性能试验研究

对3个足尺冷弯薄壁型钢楼盖试件的面内受力性能进行了水平低周往复加载试验研究,得到其破坏特征、承载力指标以及自攻螺钉连接的破坏模式,试验结果表明C形边梁与压型钢板间的自攻螺钉连接破坏导致了楼盖试件破坏。基于楼盖试件面内破坏现象,对C形楼盖梁与U形边梁间、C形楼盖梁与压型钢板间两种自攻螺钉连接形式进行了抗剪性能试验研究,得到自攻螺钉连接的破坏形态和单颗自攻螺钉的抗剪承载力,分析了中国规范GB 50018-2002对于计算单颗自攻螺钉抗剪承载力的适用性。采用基于性能的抗震设计理论对冷弯薄壁型钢楼盖中自攻螺钉连接的性能水平、性能目标以及承载力指标进行了探讨,其结果可用于指导冷弯薄壁型钢结构体系的抗震设计。     

直立锁边金属屋面系统关键连接节点抗拉承载力试验

针对直立锁边金属屋面系统的固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算问题,以檩条翼缘板厚、檩条材质、自攻螺钉直径、自攻螺钉数量以及固定支座底板厚度为变量,进行了92个连接节点试件的受拉试验,研究连接节点在竖向拉荷载下的破坏现象及破坏模式。对已有固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算公式进行了修正,并将抗拉承载力试验值与国内外规范的计算值进行了对比。结果表明:自攻螺钉的抗拉承载力与檩条翼缘板厚、檩条材质的抗拉强度、自攻螺钉直径、螺钉数量基本呈正比关系,固定支座底板厚度大于4 mm时,螺钉抗拉承载力与固定支座底板厚度相关性较小;节点存在自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉在螺帽处被拉断3种破坏模式;根据国内外规范公式得到的节点抗拉承载力计算值比试验值偏小,工程应用偏于安全。     

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。     

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。     

Tests of single shear bolted connections of thin sheet steels at elevated temperatures—Part I: Steady state tests

The current design rules on bolted connections of thin sheet steels for cold-formed steel structures are applicable for ambient temperature condition only. Investigation of single shear bolted connections at elevated temperatures is limited. In this study, 120 single shear bolted connection specimens involving three different thicknesses of thin sheet steels and 30 coupon specimens were conducted by using steady state test method in the temperature range from 22 to 900 °C. There are three main failure modes observed in the single shear bolted connection tests, namely the net section tension, bearing, and tear out. The test results were compared with the predicted values calculated from the American, Australian/New Zealand and European specifications for cold-formed steel structures. In calculating the nominal strengths of the connections, the reduced material properties were used due to the deterioration of material at elevated temperatures. It is shown that the strengths of the single shear bolted connections predicted by the specifications are generally conservative at elevated temperatures. The comparison between the deterioration of the tested connection strengths and that of the material properties at elevated temperatures showed a similar tendency of reduction.     

模块化装配式多高层钢结构全螺栓连接节点静力及抗震性能试验研究

为研究模块化装配式多高层钢结构的全螺栓梁柱连接节点的受力性能,采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的设计方法,设计了4个该类型节点,对其进行了静力、滞回性能试验和有限元分析,获得了节点的静力性能和滞回性能、骨架曲线、延性性能、转动能力、刚度退化等。结果表明：焊缝质量、板件厚度、螺栓布置等因素对节点破坏模式和各项力学性能影响较大,在弦杆与柱座间的焊缝不过早断裂以及盖板与弦杆接触面不滑移的条件下,该类节点转动刚度较大,节点的承载能力高,延性、耗能能力、塑性转动能力较好。减小桁架梁弦杆和腹杆厚度会显著降低节点承载能力,但对节点的延性性能和耗能能力影响不大。     

咬合式高强螺栓连接延性破坏模式下受剪性能研究

为研究咬合式高强螺栓连接在剪力作用下的延性破坏模式和承载性能,完成了8个咬合式高强螺栓连接受剪试验。试验结果表明,当齿口个数较少时,咬合式高强螺栓连接的破坏模式为齿口屈服的延性破坏。在试验研究的基础上,建立了有限元模型并进行校验。通过8组有限元模型的参数分析发现,除改变螺栓预紧力的大小对咬合式高强螺栓连接的受剪承载力无明显影响外,齿口间摩擦系数、齿口个数、板件宽度、盖板厚度、螺栓直径、垫片厚度和弹性模量的增大均可以提高连接的受剪承载力。最后拟合得到双面受剪的咬合式高强螺栓连接的受剪承载力计算式,对比拟合计算式的计算结果、试验和数值计算结果表明,所提受剪承载力计算式合理,计算结果准确。