新型承插式螺栓连接柱-柱节点抗拉性能研究

为实现模块化钢结构单元房间的上下连接,提出一种新型承插式螺栓连接柱-柱节点,以有无注浆、承插深度为参数设计并制作3个足尺节点试件,并对其进行抗拉试验,分析了各节点的破坏形态、应变分布以及承载能力等,探讨了该新型节点的抗拉性能．建立了数值分析模型,进行了轴拉荷载作用下的受力性能参数化分析,研究了承插深度、螺栓直径及内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响．基于高强螺栓的抗剪承载力,提出了适用于该新型节点的抗拉承载力计算公式．研究结果表明：该新型节点可将轴向拉力有效传递至高强螺栓,试件破坏时均出现高强螺栓群被剪断,灌浆节点试件发生破坏时,出现钢材与灌浆料界面的黏结破坏及螺栓周围局部灌浆料的压碎;高强螺栓群在拉力荷载作用下呈端部螺栓受剪较大、中心螺栓受剪较小的分布,试件破坏时,各螺栓承受的剪力趋于相等;灌浆节点与无浆节点相比,灌浆料与高强螺栓协同工作性能良好,弹性阶段最大摩擦力平均值提高64.4%,极限抗拉承载力提高14.1%;承插深度由300 mm增至500 mm,节点极限抗拉承载力提高80.9%;承插深度和螺栓直径对节点抗拉承载力影响较大,内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响较小;根据提出的节点抗拉...     

高温下螺栓球节点螺栓连接抗拉性能试验研究

为研究高温下空间结构螺栓球节点受力性能,更好地预测螺栓球节点在火灾高温下的承载能力,进行了高温下螺栓球节点螺栓连接抗拉性能试验,研究了不同温度对螺栓球节点抗拉极限承载力的影响．结果表明：拧入深度为1.1倍螺栓直径时,节点破坏形式为螺栓拉断破坏;高温下螺栓球节点抗拉极限承载力在400℃前并没有明显降低,500℃时极限承载力已经降低至常温承载力的50%,温度升温至700℃时极限承载力几乎完全丧失;在不同温度下,试件表面现象不同,当温度达到300℃时,螺栓球表面开始变黄,螺栓并未发生改变,随着温度升高,螺栓球表面逐渐呈现黑色,700℃情况下,螺栓球表面完全被烧红,螺栓球表面和螺栓表面螺纹开始逐渐起皮脱落．根据所测得的试验结果,对不同温度下试件极限承载力折减系数进行回归拟合,提出了高温下螺栓球节点螺栓抗拉承载力计算方法．     

新型扭剪型单边高强度螺栓的参数分析

通过轴向拉伸静力试验,研究套筒类型、螺栓头锥度等设计参数对新型扭剪型单边高强度螺栓抗拉承载力的影响.结果表明,新型扭剪型单边螺栓共呈现出4种破坏形态:安装时套筒拉脱、加载过程中套筒拉脱、加载过程中套筒剪断和安装时套筒剪断.在套筒类型相同的情况下,随着锥形螺栓头锥度增加,单边螺栓承载力降低;分体式套筒比一体式套筒具有更大的强度优势.新型扭剪型单边螺栓采用分体式套筒、25°锥度螺栓头时极限抗拉承载力最高,此型号M20新型扭剪型单边螺栓建议抗拉设计承载力为50 kN.     

钢-SFRC组合梁高强螺栓连接件受剪性能试验

为研究内置双螺母高强螺栓连接件在钢-钢纤维混凝土(SFRC)组合梁中的受剪性能,设计并制作4个推出试件进行推出试验,研究高强螺栓直径(M12、M16)、强度等级(G8.8、G10.9)及混凝土强度(CF25、CF30)对剪力件破坏形态、荷载-滑移曲线、荷载-混凝土板应变曲线、抗剪刚度以及抗剪承载力等力学性能的影响;结合试验结果与已有螺栓连接件受剪承载力计算式,提出内置双螺母高强螺栓连接件在钢-SFRC组合梁中的受剪承载力设计建议。结果表明：所有试件的破坏形态均为高强螺栓剪断破坏,并伴随螺栓下方混凝土的少量剥落;相比普通混凝土推出试件,掺入钢纤维能抑制混凝土板裂缝的产生和发展,并能提高试件的延性;内置双螺母高强螺栓连接件的典型荷载-滑移曲线由克服摩擦力阶段、初始滑移阶段、螺杆传力阶段、螺杆塑性阶段和破坏阶段组成;试件破坏时混凝土板的水平滑移量为1.17～2.05 mm,仅为钢梁-混凝土板竖向掀起滑移量的10.8%～26.0%;内置双螺母高强螺栓连接件的抗剪承载力和滑移后的抗剪刚度均随螺栓直径、强度等级及混凝土强度的增大而提高,初始滑移荷载随预紧力的增大而提高;内置双螺母高强螺栓连接件在S...     

碱环境下PVC-CFRP管混凝土柱轴压性能试验研究

通过碱环境下PVC-CFRP管混凝土柱轴压性能试验,分析环境作用、CFRP条带环箍间距等因素对PVC-CFRP管混凝土柱力学性能的影响.结果表明,碱环境下CFRP条带的抗拉强度有一定程度降低、其弹性模量和极限拉应变基本保持不变.碱环境和普通环境下PVC-CFRP管混凝土柱破坏形态相似,试件破坏时,中部的多条CFRP条带被拉断,部分PVC管被压裂,碱环境下试件的破坏过程较短,试件的承载力和变形有不同程度的降低.碱环境下试件的应力-应变关系曲线呈双线形的特点,第一阶段为抛物线,碱环境对其基本没有影响;第二阶段为强化段,随着CFRP条带环箍间距的增加,试件强化段斜率逐渐减小,与普通环境下相比,碱环境下试件强化段斜率略小.     

复合齿槽劲性连接预制剪力墙抗剪性能试验研究

为研究钢筋截面面积和H型钢抗剪键对试件抗剪性能的影响,设计制作了3片剪跨比为0.87的足尺寸装配式低矮剪力墙试件.主要研究了在竖向轴压力保持不变的状态下,3片剪力墙试件通过单调推覆荷载作用的破坏过程和最终破坏形态、各阶段荷载特征值、荷载-位移曲线,对比分析了新、旧混凝土结合面处普通凿毛、增加钢筋截面面积、增设H型钢抗剪键3种不同的构造处理方式对试件抗剪性能的影响.得出主要结论如下:3片试件的破坏过程及最终破坏形态较为接近,均是剪力墙试件右侧暗柱根部钢筋受拉屈服甚至拉断,左侧暗柱根部混凝土压溃脱落,结合面处开展的水平裂缝为主裂缝;3片剪力墙试件在复合齿槽处的U型钢筋搭接连接均能有效地传递应力,且增加结合面处钢筋截面面积以及增设H型钢抗剪键均能有效地提高试件的抗剪承载力,试件YZW-1、YZW-2、YZW-3的峰值承载力分别为773.4 kN、950.3 kN、925.3 kN,增加钢筋截面面积的试件YZW-2极限承载力提高了22.9%,增设H型钢的试件YZW-3极限承载力提高了19.7%.通过对比3片试件的荷载-位移曲线可以看出,试件YZW-2相较于试件YZW-1,刚度提高很多,抗侧移能...     

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.     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

单边高强螺栓T型件连接节点试验研究及数值模拟

通过对单边高强螺栓(STUCK-BOM)T型件连接节点和常规高强螺栓T型件连接节点进行单向静力加载试验和数值模拟研究,研究了单边高强螺栓的破坏模式及抗拉极限承载力,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓力学性能的差异,分析了T型件翼缘板尺寸效应对单边高强螺栓受力性能及T型件节点力学性能的影响.研究表明,单边高强螺栓破坏模式与常规高强螺栓不同,单边高强螺栓因其外套管分肢挤压弯折变形导致螺栓被拔出而破坏失效;单边高强螺栓的抗拉极限承载力与常规高强螺栓基本相同;相较于常规高强螺栓T型件节点,单边高强螺栓T型件节点的抗拉承载力和初始刚度与其基本相同,而塑性变形能力较弱;单边高强螺栓的边距和栓距对单边高强螺栓的抗拉极限承载力影响较小,栓距对T型件节点的抗拉承载力影响较小,而边距对T型件节点的抗拉承载力有一定影响.     

拉剪复合作用下高强钢T型连接高温力学性能的数值与理论研究

为研究火灾下考虑附加轴力作用的高强钢T型连接的力学性能，在高温火灾试验的基础上采用有限元分析软件ABAQUS对高强钢T型连接进行数值分析，得到附加轴力作用下高强钢T型连接在火灾下的初始刚度、抗拉承载力、失效模式等，并与试验结果进行对比，校验了数值模型的有效性与准确性. 而后，采用经验证的有限元模型进行数值分析，研究了不同拉剪复合作用下高强钢T型连接在火灾下的力学性能，研究发现：随着剪拉比的增大，T型连接的抗拉承载力和极限位移会显著下降，螺栓成为高强钢T型连接在拉剪复合作用下承载的关键. 最后，结合《钢结构设计标准》对火灾下T型连接中高强螺栓受到的拉力与剪力的关系式进行理论推导，并与有限元模拟结果和试验结果进行对比分析，验证了所提出的关系式有较好的适用性，且能较为准确地预测火灾下螺栓的抗拉承载力.     

高强度砂浆群钉连接件抗剪承载力试验

在混凝土桥面板预留孔浇筑高强度砂浆包裹群钉连接件以实现钢梁与混凝土有效结合.为了得到高强度砂浆包裹的焊钉的剪切强度及分析不同群钉布置形式对抗剪承载力的影响,进行了1组单钉基本力学试验和5组不同群钉布置形式的焊钉力学性能试验.试验结果表明:采用高强度砂浆包裹焊钉的连接方式可靠,焊钉具有较高的抗剪强度,单钉承载力平均值为197.2kN.在群钉连接件中不同的焊钉布置方式对承载力有一定影响,总体上随焊钉数量的增多,平均的单钉承载力呈下降趋势,焊钉数量最多的NS25试件,其平均单钉承载力为160kN,为单钉推出试验值的81%.此外,根据多排焊钉的荷载-滑移曲线,给出了多排焊钉的荷载-滑移关系表达式,与试验结果比较表明,所给表达式的结果与试验结果吻合较好.     

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁 不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.     

钢-UHPC组合板群钉效应有限元分析

建立考虑栓钉焊缝影响的钢-UHPC组合板推出试件的精细化有限元模型,在验证模型有效性和合理性的基础上,深入分析栓钉与UHPC相互作用机理与试件的受力全过程行为,探究栓钉间距对其抗剪性能的影响.有限元分析结果表明：与无焊缝模型相比,有焊缝模型中的栓钉抗剪承载力与试验值更接近,因此有限元模型中应考虑焊缝的影响;直径和间距对栓钉承载力同样影响显著,且随着栓钉直径增大和间距减小,UHPC板会出现开裂甚至可能破坏.以水平抗剪时栓钉先于UHPC破坏为原则,建议直径d为13 mm的栓钉,其间距不宜小于2.5d;直径d为16和19 mm的栓钉,其间距不宜小于3.5d.对于栓钉承载力考虑群钉效应的折减系数η_G,建议当间距不小于8.0d时,可取为1.0(不考虑群钉效应);当间距大于建议的最小值且小于8.0d时,取0.94.     

桥面板徐变对曲线组合梁桥剪力钉受力性能的影响

钢-混组合梁桥中桥面板与钢主梁通过剪力键连接,混凝土板徐变效应会对剪力键内力产生影响。为探究这种影响,以某座钢-混组合曲线梁桥为背景,使用ANSYS建立精细化实体有限元模型,按金属蠕变原理模拟混凝土板徐变效应,在考虑施工阶段的基础上研究混凝土板徐变效应下剪力钉的力学行为。研究表明：钢纵梁处剪力钉横桥向徐变内力约为顺桥向2.0倍,但徐变内力变化趋势均相同即每跨跨中向两侧支点逐渐递增,徐变内力极值均出现在支点湿接缝附近剪力钉上。钢横梁剪力钉横桥向、顺桥向内徐变内力均由横截面中线向两侧逐渐增加,但受“弯扭耦合”影响,横梁内、外侧剪力钉徐变内力相反。徐变影响下全桥剪力钉顺桥向徐变滑移分布较横桥向更加均匀,绝大多数剪力钉顺桥向徐变滑移量仅为横桥向的30%～50%。混凝土板徐变效应对剪力钉内力影响随时间的增加而减弱,内力影响最大是成桥初期3个月;增加混凝土板预制龄期可显著降低成桥时剪力钉的徐变内力,推荐采用龄期为180 d的桥面板,并计入10年徐变效应可满足工程要求。     

高温下栓钉剪力连接件受力性能的试验

为研究高温下栓钉的抗剪性能,对24个栓钉推出试件进行了高温下推出试验.试验考虑了平板、压型钢板肋与钢梁垂直和压型钢板肋与钢梁平行三种混凝土板型式,考察了栓钉在不同温度下不同混凝土板型式中的受力特点和破坏模式.试验结果表明:平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件均为焊缝上侧栓钉剪断破坏,而压型钢板肋与钢梁垂直的试件在温度较低时为混凝土拔出破坏,温度较高时转为栓钉剪断破坏.另外,三种混凝土板型式中栓钉的抗剪承载力和刚度均随温度的升高而降低,且平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件中栓钉的承载力比压型钢板肋与钢梁垂直的试件中栓钉要高.通过对试验数据的拟合,提出了高温下栓钉抗剪承载力的计算公式.     

大直径焊钉连接件抗剪性能试验

为了解决部分情况下组合结构桥梁钢-混结合面焊钉布置过密的问题,通过直径22mm,25mm和30mm焊钉的抗剪承载性能模型试验比较分析了直径25mm和30mm大直径焊钉相对于直径22mm常规焊钉破坏模态、承载力、刚度和变形性能的差异,并对国内外桥梁规范中焊钉抗剪承载力设计式对于大直径焊钉的适用性进行了评估.研究结果表明,相对于直径22mm焊钉,直径25mm和30mm焊钉的抗剪承载力平均增大约14%和42%,抗剪刚度平均增大约35%和106%.《公路钢结构桥梁设计规范(送审稿)》、规范Eurocode 4和规范AASHTO LRFD中的抗剪承载力设计式均可较为保守地计算大直径焊钉的抗剪承载力,其中Eurocode 4最为保守.试验值与设计值的比值随焊钉直径的增加而减小.     

多向受力状态焊钉连接件受力特性分析

 鉴于索塔锚固结构中焊钉受力状态的特殊性,对混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下焊钉连接件的受力特性进行研究。通过对单钉推出试验进行有限元分析,验证了有限元模拟方法的正确性。采用有限元方法,研究了在混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下,焊钉连接件抗剪承载力、剪切刚度以及焊钉变形、应力的变化规律。研究表明,混凝土竖向承压对焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度均产生影响;在幅值变化相同的情况下,水平拉力的变化对焊钉极限承载力的影响显著,而水平压力的变化则对焊钉剪切刚度的作用明显;两种受力状态下焊钉变形和应力分布规律相近;混凝土竖向承压和水平力共同作用下,钢板与混凝土接触状态不同,焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度的变化规律则不同。     

不同构造界面腐蚀对焊钉连接件承载力的影响

为了研究不同构造的钢与混凝土界面在腐蚀环境下对焊钉连接件受力性能的影响,设计了6种不同构造的钢-混凝土结合面构造形式,并考虑钢与混凝土之间的滑移效应的影响,制作了24个试验试件,其中21个试件进行了盐雾腐蚀试验,3个试件处于正常环境中.通过推出试验,测试了各个试件中焊钉的荷载-滑移关系,得到了焊钉的抗剪承载力.试验结果表明,采用钢板厚度方向上外包混凝土构造形式的试件具有更好的抗腐蚀性能,焊钉具有更高的抗剪强度,腐蚀后单钉承载力平均值为177.6kN,而在钢与混凝土界面产生初始滑动的试件具有较差的抗腐蚀性能,焊钉抗剪强度明显降低,腐蚀后单钉承载力平均值为153.3kN,比没有滑移的试件降低9.6%.     

钢纤维增强高强钢筋混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究配置HRB600高强钢筋钢纤维整体增强混凝土梁柱节点的抗震性能和核心区受剪承载力,进行10个梁柱节点的拟静力试验,研究轴压比、剪压比、配箍率、混凝土种类和钢纤维混凝土的增强范围等对配置HRB600钢筋混凝土梁柱节点抗震性能指标的影响.结果表明:钢纤维整体/局部增强的HRB600钢筋混凝土梁柱节点的滞回曲线更饱满,刚度退化速率更慢,耗能更高.钢纤维混凝土能够显著改善试件的破坏形态,减轻节点的累积损伤.采用《建筑抗震设计规范》计算HRB600高强钢筋钢纤维混凝土梁柱节点的受剪承载力时,对于配箍率较低的节点较为保守,对于配箍率较高的节点的计算结果更接近于试验值.美国ACI 352—02规范比中国《建筑抗震设计规范》的受剪承载力计算值的安全储备高.