木材-钢填板螺栓连接的承载能力试验研究

对4组不同木材厚度共20个螺栓连接试件的结构性能进行试验研究,得到木材-钢填板螺栓连接在顺纹受拉时的承载能力,并探讨其破坏模式及破坏机理.研究表明,木材-钢螺栓连接的破坏模式、承载力大小及其延性均与连接中侧材相对厚度有关.木材-钢螺栓连接在现代木结构中具有广泛的应用前景,研究结果可为我国现代木结构的加工、设计和应用提供参考.     

木结构钢填板预应力套管螺栓连接试验

针对木结构螺栓连接初始刚度低的问题,提出了一种新的连接形式——钢填板预应力套管螺栓连接.在这种连接形式中,张拉后的螺杆使放置于木孔内且紧贴木孔壁的套管顶紧钢填板;在节点受力初期,主要利用钢填板与套管间的摩擦力抵抗钢填板相对于木槽的滑移.为研究连接性能,对单个新连接节点以及普通螺栓连接节点进行了抗拉试验,试验结果表明,新连接节点具有较好的承载力和刚度;在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.另外,考虑到《木结构设计规范》GB5005-2003对销轴类连接节点顺纹端距的严格要求,又对一组端距小于规范要求的单个新连接节点进行了顺纹抗拉试验,试验结果表明,小端距的新连接节点承载力和刚度仍优于普通螺栓连接节点;同样,在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.     

重组竹横纹销槽承压强度的试验研究

设计4组竹销槽直径不同的试件来分析螺杆直径对重组竹横纹销槽承压强度的影响。根据试验结果评价美国木结构设计规范和欧洲木结构设计规范推荐的理论计算公式对重组竹的适应性。采用1 mm/min的速度加载至试件破坏。根据试验结果,得到了所有试件的荷载-位移曲线和极限强度值;并且得到基于美国规范5%d偏移法的屈服强度试验值。结果表明采用5%d偏移法得到的重组横纹竹销槽承压屈服强度值比较均匀,变异系数13.36%之内;并且其平均值随螺杆直径增大而减小,大于理论公式的计算结果;因此采用规范推荐的理论计算公式具有较高的可靠性。     

重组竹横纹销槽承压强度试验研究

设计4组仅销槽直径不同的试件来分析螺杆直径对重组竹横纹销槽承压强度的影响,根据试验结果评价美国木结构设计规范和欧洲木结构设计规范推荐的理论计算公式对重组竹的适应性。采用1mm/min的速度加载至试件破坏,根据试验结果,得到了所有试件的荷载-位移曲线和极限强度值,并且得到基于美国规范5%d偏移法的屈服强度试验值,结果表明采用5%d偏移法得到的重组横纹竹销槽承压屈服强度值比较均匀,变异系数13.36%之内,并且其平均值随螺杆直径增大而减小,大于理论公式的计算结果,因此采用规范推荐的理论计算公式具有较高的可靠性。     

高温下重组竹顺纹销槽承压强度试验研究

为研究温度对重组竹销槽承压强度的影响,对14组42个重组竹顺纹销槽承压试件采用稳态试验方法进行单调加载直至破坏.试验结果表明:20℃时试件的极限销槽承压强度平均值为75.2 MPa,在20~110℃时,随着温度增加承压强度逐渐减小,但在110~170℃温度区间,由于水分蒸发销槽承压强度出现局部提高现象,当温度升至170~270℃,由于竹材内部纤维高温分解承压强度逐渐减小,温度在270℃时,销槽承压强度为9.6 MPa.基于5%直径偏移法得出屈服荷载随温度的变化规律,根据温度区间不同,提出了4种典型销槽承压破坏形态.通过对比各国规范和文献,提出了高温下重组竹销槽承压强度的建议计算公式,为火灾下螺栓节点承载力计算提供了理论基础.     

不锈钢螺栓连接节点抗剪性能试验

目的研究端距、边距及板厚等因素对不锈钢螺栓连接节点抗剪承载力的影响,为后续提出不锈钢螺栓连接承载力设计方法提供试验依据.方法设计10个不锈钢螺栓盖板连接节点试件进行拉伸试验,考虑端距、边距、螺栓中距和板厚等参数,通过粘贴的应变片数值变化快慢及总应变大小来判断螺栓连接节点的破坏模式.结果在其他因素不变情况下,端距小于2 d时易发生冲切破坏,边距小于1.5 d时易发生净截面破坏,螺栓中距小于3 d时两螺栓之间板件易发生冲切破坏或承压破坏;且当板厚小于4 mm时,盖板平面外易发生翘曲.结论满足螺栓中距应不小于3 d、端距不小于2 d和边距不小于1.5 d的构造才是经济安全的;建议板厚大于4 mm为厚板,小于4 mm为薄板,薄板易发生翘曲,且端距越大越容易发生;当发生翘曲时,翘曲部位受力由受压变为受拉,会导致连接节点承压强度发生折减.     

波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点抗弯性能

提出了一种波纹腹板H型钢梁与普通H型钢柱采用端板螺栓连接的节点构造.基于高强螺栓抗拉性能的刚性端板模型和T形连接件理论,提出波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点的设计方法.进行了2个波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点的静力试验,并使用商用有限元分析软件ABAQUS建立节点的有限元模型,将设计弯矩下的高强螺栓最大拉力的试验结果与有限元计算结果进行对比,证明了高强螺栓拉力计算公式的可靠性;通过对比设计弯矩和有限元计算的端板屈服弯矩,证明了端板厚度计算公式的合理性.     

Q235B钢螺栓球柱节点的受拉承载力

基于3个单向受拉螺栓球柱节点的试验,采用ABAQUS软件建立单向受拉螺栓球柱节点的数值模型,并将数值分析结果与试验结果进行对比,验证了数值模型的有效性。随后建立了87个数值模型对螺栓球柱节点的单向受拉承载力影响参数进行了分析,定义了节点单向受拉极限承载力的取值准则。数值计算结果表明,圆柱筒径越小、壁厚越厚、筒壁高度越高,节点的单向受拉承载力越高;增大螺栓间距和尺寸对节点的刚度和强度有一定提高;增设加劲肋可提高螺栓球柱节点的刚度和承载力;当螺栓拧入深度不足时,节点易发生螺栓拔出破坏,实际工程中建议螺栓拧入弧形端板的深度大于螺栓直径。基于理论分析,拟合得到了螺栓球柱节点单向受拉承载力的实用计算式。拟合算式计算结果与有限元分析结果及试验结果的相对误差均在10%以内。     

竹集成材钉连接顺纹向的抗剪性能

为研究竹集成材(LBL)钉节点顺纹向受力时的承载性能、变形特性和破坏机理,对125个钉节点双面剪切试件进行了单调静力加载破坏性试验,研究参数包括钉直径、列数和行数.试件的破坏主要有钉帽下部的竹材局部压屈、销槽承压破坏、双铰破坏及LBL劈裂破坏.钉节点的抗剪承载力随钉子直径、列数和排数的增加而增大,但群钉节点的承载力明显小于单钉节点的承载力之和.提出并验证了群钉节点的有效钉子数量和销槽承压有效长度系数计算公式,对比分析了4种常见的屈服点确定方法,结果表明5%钉直径偏移法更适合预测LBL钉节点的屈服荷载.     

H型钢梁与矩形钢管柱平齐端板单向螺栓节点承载力性能

对H型钢梁与矩形钢管柱平齐式端板单向螺栓连接节点承载性能进行试验和理论分析研究.通过对3种不同形式的平齐式端板单向螺栓连接节点进行单调静力加载试验,获得了各试件的破坏模式和弯矩-转角曲线,讨论了螺栓破坏、端板破坏、柱壁破坏等3种破坏模式.基于试验现象提出了节点螺栓力理论分布模式,并给出了螺栓强度控制的节点抗弯承载力计算公式.通过将端板和钢梁腹板等效为T形件,得出了端板屈服控制的节点抗弯承载力计算公式.基于试验现象并利用屈服线理论提出了钢管柱壁的屈服线模型,运用虚功原理得出由柱壁强度控制的节点抗弯承载力计算公式.研究表明螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式,理论计算值与试验相比结果偏安全.给出了H型钢梁与矩形钢管柱平齐式端板单向螺栓连接节点的设计准则和建议.     

胶合木端板连接节点低周反复试验与承载力

提出一种适用于胶合木节点的内嵌钢板-端板连接形式.对2个具有不同厚度端板的新型节点及1个常用的内嵌钢板螺栓连接节点进行了低周反复加载试验.结果表明:新型节点的延性以及耗能能力有较大提高,端板厚度是影响新型节点性能的重要因素.对新型节点的屈服荷载,根据虚功原理推导了其计算公式;对新型节点的极限承载力,分析比较了其破坏模式和各模式的承载力计算公式.计算结果与试验结果符合较好.基于上述研究,提出了端板厚度的选取建议.     

带贴板销轴耳板连接参数化分析及设计方法研究

由于销轴耳板连接力学性能良好,施工安装方便,是索节点常用的连接形式．工程中为了提高无贴板销轴耳板连接的极限承载力,常在耳板两侧焊接贴板．然而现阶段针对带贴板销轴耳板连接的研究相对较少,其极限承载力计算方法尚未明确．为探究带贴板销轴耳板连接的破坏形式和极限承载力影响因素,设计了20个销轴耳板连接试件,包括4个无贴板销轴耳板连接试件和16个带贴板的销轴耳板连接试件,并进行破坏性试验．采用有限元软件ABAQUS对其力学性能和破坏形式进行数值模拟,模拟得到的破坏形式、极限承载力与试验结果基本一致,验证了有限元方法的正确性．基于有限元模型对带贴板销轴耳板连接进行参数化分析,研究销孔直径、耳板端距、耳板边距等参数对销轴耳板连接极限承载力的影响．通过理论推导和线性拟合的方法得到了带贴板销轴耳板连接孔壁承压破坏、净截面拉断破坏、端部截面剪切破坏下的极限承载力计算公式．由于贴板通过焊缝与耳板连接,在焊缝的作用下与耳板协同承受荷载,因此必须保证焊缝的强度,通过理论推导得出了环形角焊缝极限承载力的计算公式,并与有限元模拟计算结果对比,结果较为接近．本文为实际工程中验算带贴板的销轴耳板连接的极限承载力提供了理...     

冷弯厚壁型钢螺栓连接抗剪性能试验

通过30个厚度为10 mm的冷弯厚壁型钢螺栓连接件的静力拉伸试验，考察不同边距、端距下试件的破坏模式、抗剪承载力及相关规范的适用性，并基于试验结果对规程建议公式进行修正.研究结果表明：在考察的边距、端距范围内，试件出现净截面、剪出、剪出与孔壁承压混合三种破坏模式；当试件发生剪出和剪出与孔壁承压混合破坏时，剪切破坏面上存在裂缝；试件达到极限承载力之前，出现在螺栓孔前的裂缝会减小钢板的受剪面积，导致试件抗剪承载力的计算结果高于实测结果；基于实际受剪面修正的剪出破坏承载力计算公式概念清晰，计算精度高；修正后美国规范AISC 360-16的计算结果与试验结果吻合最好，未修正的美国规范ANSI/AISC 360-16次之，而欧洲规范EN 1993-1-8的计算结果偏保守，中国规范GB 50018-2002的计算结果过于保守.     

高强钢梁柱外伸式端板节点常温与火灾后性能参数分析

为了解端板厚度、螺栓直径、螺栓预紧力、柱翼缘厚度、端板钢材强度及过火温度等因素对高强钢端板连接节点力学性能的影响,对薄高强钢端板替代厚普通钢端板这一设计理念进行深入探讨,采用ABAQUS对高强钢端板连接节点进行有限元分析.有限元分析结果表明:端板厚度增加,节点的初始转动刚度和极限承载力提高,转动能力下降;螺栓直径增加,节点的初始转动刚度、极限承载力及转动能力均提高;螺栓预紧力增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力和转动能力基本不变;柱翼缘厚度增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力基本不变,转动能力略有减小;端板钢材强度增加,节点的初始刚度基本不变,极限承载力提高,转动能力在端板钢材强度不超过Q460时基本不变,高于Q460后显著减小;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用薄高强钢端板的节点常温下和火灾后均可达到相似的承载力、相近甚至更高的转动能力;端板连接节点火灾后可能发生失效模式转变,甚至由延性转变为脆性的失效模式.     

全高强钢端板节点火灾后性能试验

为了解Q690高强钢端板节点火灾后的受力性能和失效机理,对2个过火550℃冷却后的Q690高强钢端板节点进行足尺模型试验研究,并将试验结果与常温下高强钢端板节点试验的结果、采用欧洲规范EC3计算的结果进行对比.研究结果表明:节点火灾后的失效模式为端板和螺栓组合破坏;高强钢端板节点火灾后仍具有良好的转动能力;EC3中用于普通钢端板节点承载能力计算和失效模式预测的组件法可直接用于计算和预测高强钢端板节点火灾后的承载能力和失效模式,但转动刚度的计算公式并不适用;过火550°C后冷却至常温,节点可恢复常温下90%以上的承载力.最后,给出判断高强钢节点火灾后失效模式的计算公式.     

竹集成材-钢填板螺栓节点受力性能研究

为研究梁柱式竹集成材-钢填板螺栓连接节点在弯剪复合作用下的受力机制及破坏模式，设计并制作了4组共12个梁柱螺栓节点试件，以梁柱间隙及螺栓布置为主要参数，对其进行单调加载试验．试验和计算结果表明：梁柱间隙对螺栓节点弯矩-转角曲线影响显著，当梁柱间隙为20 mm时，螺栓节点出现明显的平台段，考虑梁柱挤压区对承载力的正向作用，曲线出现二次增长现象；随着梁柱间隙的增加，初始刚度、峰值弯矩及延性系数等逐渐降低，破坏形态为梁端顺纹劈裂同时螺栓孔壁承压破坏，螺栓出现单铰屈服模式；基于视频图像相关性(VIC-3D)分析得到在加载过程中螺栓节点区域旋转中心不断变化，并给出了螺栓节点破坏发展过程；建立了梁柱节点初始刚度及预测的弯矩-转角曲线模型，具有较好的适用性．     

内嵌多块钢板销式木连接力学性能研究

采用单调加载方法对11个内嵌钢板单销木连接试件进行顺纹受压试验,研究内嵌钢板销式连接的力学性能和破坏模式以及钢板数目、钢板间木材厚度与钢板外边缘木材厚度之比和钢销直径对承载力的影响.试验结果表明,在钢销直径相同的条件下,连接节点的承载力随钢板数目和钢板间木材厚度与钢板外边缘木材厚度比值的增加而增大.基于欧洲屈服理论并根据叠加原理推导了内嵌多块钢板单销连接节点顺纹受压承载力计算公式,理论计算结果与试验数据符合较好.     

装配式偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究端板厚度和连接方式对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响，进行了2个不同端板厚度的偏心支撑半刚接钢框架和1个焊接连接的偏心支撑刚接钢框架的拟静力试验.结合试验研究结果，对装配式偏心支撑钢框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、侧移延性系数、等效粘滞阻尼系数进行了深入分析.试验结果表明：螺栓端板连接偏心支撑钢框架抗震性能良好.端板厚度对装配式偏心支撑钢框架耗能能力具有一定影响，端板厚度由16 mm增加到24 mm，由于破坏延迟，耗能梁段极限剪切承载力提高43.32%. 同时，受高强螺栓-端板连接滑移的影响，偏心支撑半刚接钢框架滞回曲线呈“弓形”，表现出一定的“捏缩”现象.     

采用PBL连接件的组合桁架节点受力性能

外接式钢-混凝土组合端节点是组合桁架结构受力的关键部位。通过对3个采用PBL连接件的外接式钢-混凝土组合桁架节点的单调静力试验,研究节点的极限承载力、失效模式和破坏机理。应用有限元软件ANSYS对试件进行全过程数值模拟分析。试验结果显示:节点的失效模式有混凝土开裂破坏、外露节点板局部屈曲、受拉腹杆处螺栓滑移及钢-混凝土连接部位应力集中。计算结果与试验结果吻合良好,PBL连接件具有较好的抗剪能力。通过增加节点板厚可有效提高节点承载能力。计算及试验结果可为该节点在工程实践中的应用提供理论依据和试验参考。     

新型钢-胶合竹组合网架的试验研究

胶合竹(Glubam)是一种新型天然纤维增强复合材料,根据已有的关于胶合竹的力学性能研究,将胶合竹材与钢材组合,采用钢夹板螺栓连接和钢填板螺栓连接,从而设计出一种新型的钢-胶合竹组合网架并进行了相关试验。试验结果表明:该新型网架具有较高的承载力,且组合节点的螺栓连接均非常可靠,最终破坏时由胶合竹斜腹杆屈曲而引起。钢-胶合竹网架结构具有用钢量少、外形美观、结构承载能力高等诸多优点,值得进一步研究与发展。