灌浆插筋式模块钢结构连接节点力学性能试验研究

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法．研究结果表明：(1)在轴向压力作用下,此节点上下两侧空钢管发生屈曲破坏,轴压承载力约为钢管截面屈服承载力的97%,表明此节点具有较好的抗压承载能力;不同钢筋直径试件的荷载-位移曲线基本一致,表明节点的抗压承载力与钢筋直径无关;(2)在轴向拉力作用下,试件在节点的连接缝隙处发生分离,灌浆料表面呈现了斜向裂缝;在钢筋直径为14～18 mm的范围内,构件的极限抗拉承载力为钢管极限承载力的28%～32%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小;(3)在弯矩作用下,试件一侧受拉、另一侧受压,在节点的连接缝隙处钢管发生分离,受拉区灌浆料形成斜向裂缝;在钢筋直径为14～18 mm的范围内,构件的抗弯承载力为钢管承载力的37%～47%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小,试件的屈服位移和极限位移均增大．     

模块化钢结构建筑柱-柱螺纹套筒连接抗剪试验

为研究模块化钢结构建筑上下模块间柱-柱螺纹套筒连接的抗剪性能,对4组螺纹套筒连接方钢管柱双剪试件进行研究,分析套筒壁厚、材性及套筒螺帽与柱连接类型等因素对连接抗剪性能的影响规律。研究结果表明：试件抗剪性能受螺纹套筒控制,其受剪过程主要经历定位杆剪切、套筒屈服、套筒屈曲和套筒强化4个阶段;空心套筒发生由上半圆筒壁局部控制的冲剪破坏形态,套筒下半圆未发生破坏;套筒壁厚和强度是影响试件抗剪性能的关键因素,套筒螺帽与柱焊接或螺栓连接对试件抗剪性能的影响不大;套筒壁厚增加67%或屈服强度提高22%,可使其抗剪承载力分别提升40.7%和18.0%;筒壁冲剪模型可较安全地预测套筒抗剪承载力,且预测值与实测值较吻合。     

灌浆套筒连接钢筋高温后抗拉性能试验

目的研究灌浆套筒连接钢筋高温后的抗拉性能,为采用灌浆套筒连接钢筋的装配式钢筋混凝土结构火灾后性能评估提供依据.方法选定直径为25 mm的钢筋,用灌浆套筒连接,制作5个试件,分为三组.第一组1个试件,不升温,用于抗拉性能对比.第二组和第三组各有2个试件,在火灾试验炉中按ISO 834曲线升温15 min和25 min,用热电偶采集受火试件内灌浆料的温度时间曲线,受火试件的温度降到室温后,在试验机上进行拉伸试验,测出5个试件的极限承载力.结果根据试验结果,初步确定影响试件破坏形式的灌浆料临界温度在700℃附近,拟合出了在ISO 834升温曲线下灌浆料经历的最高温度与套筒连接试件极限承载力之间关系的经验公式.结论火灾产生的高温会降低灌浆料的力学性能,对高温后套筒连接钢筋试件的极限承载力有明显影响;拟合的经验公式对装配式钢筋混凝土结构火灾后性能定量评估具有重要的参考价值.     

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.     

钢筋套筒灌浆接头力学性能试验研究

作为装配式建筑预制构件间钢筋连接的主要方式,套筒灌浆技术得到广泛应用。通过对四种类型,共计48根套筒灌浆接头试件分别进行单向拉伸、高应力反复拉压以及大变形反复拉压试验,分析钢筋直径、套筒结构形式和钢筋偏位对套筒灌浆接头力学性能的影响。结果表明,四种类型接头试件均可满足相关标准中Ⅰ级接头性能要求;钢筋直径越大,接头试件极限承载力越大,而钢筋直径大小对钢筋与灌浆料之间锚固性能影响很小;同一钢筋直径半套筒灌浆接头试件的力学性能略优于全套筒灌浆接头试件;对于发生钢筋断裂破坏的接头试件,钢筋是否偏位对试件力学性能几乎没有影响。     

型钢对拉螺栓柱托换节点抗剪性能试验研究

针对建筑物整体平移工程中的柱托换，提出一种新型柱托换方法，该方法将型钢从四周卡入柱身，用穿柱螺栓将型钢固定，型钢和柱之间填充混凝土．通过对4个试件的节点抗剪试验，证明这种托换节点在重复竖向荷载作用下具有良好的抗剪能力和延性．分析认为托换节点的竖向荷载由螺杆的抗剪承载力、新旧混凝土连接界面的抗剪能力和型钢翼缘卡入柱身产生的咬合力共同承担，由此给出了型钢对拉螺栓柱托换节点的抗剪承载力计算公式，式中通过综合作用系数γ考虑了3部分的共同作用和相互影响．文中还建议了新旧混凝土界面抗剪强度按0．3ft取值，最后提供了工程算例．     

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.     

新型门式刚架混合结构钢梁与钢筋混凝土柱连接节点力学性能研究

端板螺栓连接钢梁-钢筋混凝土柱新型门式刚架混合结构的连接节点作为钢-混组合结构节点的一种新类型,具有很强的刚度和较高的承载力,而且安装简单、造价经济,有较高的工程应用价值。在考虑材料、几何非线性和接触的基础上,采用ANSYS系统分析了高强螺栓的直径、预拉力,端板的厚度、构件材料,连接抗滑移系数等参数对连接节点的刚度及承载能力的影响。结果表明：这种组合节点具有很强的刚度、较高的承载力及良好的变形能力;高强螺栓的直径、预拉力,端板的厚度对连接的刚度及承载能力影响比较显著。     

钢梁-混凝土柱单剪板连接节点的抗震性能

对3个钢梁-混凝土柱单剪板连接节点进行低周反复荷载加载试验,探讨螺栓配置和锚筋数量对其破坏形态和极限承载力等受力性能的影响.结果表明:钢梁-混凝土柱单剪板连接节点具有良好的抗震性能,3个节点试件的位移延性系数为5.5～6.0,符合抗震设计的延性要求.在最大荷载时,3个试件的等效黏滞阻尼系数为0.32～0.37,耗能能力强.高强螺栓群的嵌固作用使得节点能承受一定的弯矩.设计钢梁-混凝土柱单剪板连接节点的预埋件时,忽略节点的约束弯矩将导致节点存在安全隐患,降低结构的抗震性能.因此设计锚筋时,应同时考虑弯矩、剪力和轴力的共同作用.     

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。     

薄壁设肋方钢管混凝土柱穿心高强螺栓抗剪性能研究

摘 要: 进行了四个薄壁设肋方钢管混凝土柱非摩擦型穿心高强螺栓抗剪性能的试验研究,变化的主要参数是钢管上螺栓孔的直径、是否隔离栓杆与混凝土之间的粘结力以及栓杆中是否施加预拉力等。试验表明此种连接能够可靠的传递作用在螺栓上的剪力。对试验结果进行了详细的分析,建立了穿心高强螺栓的计算模型;并根据可能出现的破坏模式,提出了穿心高强螺栓抗剪承载力的计算公式。     

桩柱式桥墩-桩基连接的抗震性能分析

为了深入揭示桩柱式桥墩-桩基连接区域的传力机理和破坏模式,对现有的试验结果进行了精细化的有限元模拟,分析连接区域的传力机理和破坏过程,并利用校验后的有限元模型进行参数分析,探讨剪跨比、承插深度、桩墩直径比、桩基配箍率对连接区域抗震性能的影响。结果表明：提出的有限元模拟方法能够较为准确地模拟桩柱式墩-桩基连接区域的力学行为;连接区域的破坏模式表现为桥墩承插段对桩基杯口顶部的水平推力导致的桩基箍筋屈服;增大剪跨比、桩墩直径比、承插深度、桩基配箍率均能提高连接区域的承载力。     

新型螺栓球柱节点静力承载性能试验研究

在传统网架螺栓球节点的基础上,研发了一种可用于无檩网架的新型节点——螺栓球柱节点.进行了13个螺栓球柱节点的承载力试验.试验结果表明,螺栓球柱节点主要有圆柱筒壁压扁破坏、圆柱筒壁冲切破坏、螺栓拔出破坏、焊缝拉裂破坏等4种破坏模式;在压力和拉力荷载作用下,圆柱筒壁主要承受环向应力;设置加劲肋可以较大幅度地提高节点承载力和增强节点刚度.     

方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能试验研究

为了研究方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能,按1:3缩尺比例设计并制作了六个节点试件,进行了低周期往复荷载破坏试验。节点试件的加腋坡度及梁高差比是试验研究的主要参数。通过试验研究各参数对节点试件的破坏特点、抗剪承载力、滞回特性、延性及耗能能力、承载力退化与刚度退化等力学性能的影响,得出以下结论:试件破坏是由于节点抗剪承载力不足导致的,但由于加强环板的约束及梁端加腋的存在,破坏出现在下环板与柱端交接处;各试件滞回曲线整体相对饱满;随着节点试件加腋坡度的变缓,其极限承载力提高,延性系数增加,耗能能力增强,刚度退化速率略有加快;当梁高差比由0. 39增加至0. 46时,节点试件反向加载极限承载力提高(以拉为反向加载),当梁高差比由0. 46增加至0. 53时,节点试件反向加载极限承载力降低,且随着梁高差比的增加,节点试件正向加载极限承载力逐渐降低(以推为正向加载),延性系数降低,耗能能力减弱,刚度退化速率变化不大;梁端加腋能有效改善节点核心区受力性能。     

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．     

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...     

灌浆缺陷对全灌浆钢筋套筒连接性能影响

考虑缺陷类型、缺陷位置与缺陷长度对全灌浆套筒接头连接性能的影响,设计57个试件进行单向拉伸试验,研究灌浆缺陷对其破坏形态、荷载-位移曲线图、应变分布以及承载力等受力性能的影响,分析承载力利用率及黏结强度,对灌浆质量进行评价.结果表明:试件破坏模式有钢筋拉断、灌浆料剪碎后钢筋拔出破坏以及钢筋刮犁式拔出破坏;随缺陷长度增长...     

不同搭接长度下套筒约束浆锚搭接接头力学试验研究

为改善已有灌浆套筒施工的便利性,提出了一种新型套筒约束浆锚搭接接头,研究了该接头的力学性能.进行了不同搭接长度下16个该搭接接头的拉伸试验,研究了接头的破坏形态、力-位移曲线、承载力、延性、钢筋应变、套筒环向应变等,并基于试验数据及平截面假定对套筒截面的内力进行分析,解释了随搭接长度变化套筒环向(拉、压)应变的变化过程.由于套筒的约束,接头的搭接长度大大减小;试验中套筒的偏转导致试件的刚度、延性小于对应钢筋的刚度、延性;搭接接头套筒中部拉力比对接接头小,对套筒材料抗拉性能要求低,搭接接头钢筋通过灌浆料传递到套筒上的剪应力比对接接头小,对套筒与灌浆料的界面粘结性能要求低.当套筒长度短时,钢筋与灌浆料间出现滑移,使得套筒中部钢筋的拉力变大,套筒与灌浆料合力为压力,反之,套筒与灌浆料合力为拉力;随着搭接长度的增加,加载过程中套筒中部近钢筋侧环向最大压应变增大;极限荷载时,随着搭接长度增加,套筒各测点环向拉应变总体呈降低的趋势.     

新型单面螺栓梁柱外伸端板连接节点受力性能试验研究

为研究新型自紧高强单面螺栓SHSOB连接节点的受力性能,并与传统M20扭剪型高强螺栓连接节点进行对比,设计制作了3个方矩形钢管柱与H形钢梁的外伸式端板连接节点试件,包括2个SHSOB螺栓连接节点和1个M20螺栓连接节点,对各节点试件开展了静力加载试验.揭示了节点的受力性能与破坏模式,考察了新型SHSOB螺栓连接节点的转动刚度、承载力和螺栓群受力分布模式.结果表明,SHSOB螺栓连接节点的初始转动刚度低于M20螺栓连接节点,节点转角大于0.03 rad,满足美国规范FEMA-350对节点延性的要求.随着荷载的增加,端板受拉区应力先增大后趋于稳定.SHSOB螺栓连接节点属于半刚性节点,螺栓群受力分布模式与传统的高强螺栓相似,中和轴位于螺栓群形心附近,具有较好的工程适用性.     

装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点的力学性能试验研究

为深入研究装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点力学性能,进行了3个十字形1/2缩尺比例节点试件在低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式、滞回性能、刚度退化、节点核心区剪切变形、弯矩-转角关系曲线等进行了分析.研究结果表明,在低周往复荷载作用下节点的破坏模式主要表现为对穿螺栓被拉断,外伸端板屈曲,柱壁凹屈,柱壁间连接焊缝断裂;上段柱对穿螺栓往复滑移造成的塑性变形集中在柱壁及外伸端板区域并形成塑性铰,节点具有一定的耗能能力,受对穿螺栓贯穿柱壁连接效应影响,在往复荷载作用下出现"对称凹屈"现象;随内套筒厚度增加,节点核心区剪切变形减小,抗剪刚度增加;节点具有一定的转动刚度,表现出半刚性节点性质.提出的装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点可以实现上柱与下柱、梁与柱全装配式连接.