新型外包钢板-自攻螺钉连接胶合竹梁柱节点转动性能

针对胶合竹材不易预开槽和预开孔以及节点转动时竹材易发生横纹劈裂的问题,研究了新型外包钢板-自攻螺钉连接节点的转动性能。对T形外包钢板-自攻螺钉连接节点和双L形外包钢板-自攻螺钉连接节点共5个试件进行了单调加载试验,分析了节点的破坏模式、初始刚度、极限承载力、变形能力和延性系数。试验发现,T形外包钢板-自攻螺钉连接节点相较双L形外包钢板-自攻螺钉连接节点,各项受力性能参数均较优。布置直径小但数量多的自攻螺钉时,节点(T8×8-M)的破坏表现为钢板和自攻螺钉的受拉断裂以及与胶合竹柱连接的自攻螺钉受拉断裂,布置直径较大但数量少的自攻螺钉时,节点(T6×10-M)的破坏则表现为竹材的横纹劈裂和自攻螺钉的剪切破坏。横纹方向采用自攻螺丝加强,可改善节点的受力性能,对T形外包钢板-自攻螺钉连接节点改善更明显。现行《工程竹结构设计标准》(T/CECS 1101—2022)提供的节点设计方法偏于安全地预测胶合竹自攻螺钉连接梁柱节点的抗弯承载力。

SWRCH22A钢自攻螺钉断裂失效分析与工艺改进

针对SWRCH22A钢自攻螺钉使用过程中发生断裂的原因进行探究,对断裂螺钉进行了化学成分分析、含氢量检测、硬度测试及金相分析。结果表明:断裂失效样品化学成分符合标准要求,含氢量满足设计要求,表面与心部硬度满足技术指标,但渗碳层深度超出了规定值。通过对失效样品断口形貌深入分析,局部断口形貌呈沿晶脆性断裂特征,与热处理工艺参数不当有关。优化改进了螺钉渗碳工艺并装车使用,试验效果良好。

金属屋面自攻螺钉抗剪承载力计算方法的研究与比较分析

针对金属屋面自攻螺钉抗剪承载力计算问题,研究了多个国家的设计标准,并对比分析了各国标准体系,指出了国标(GB 50018—2002)存在的不足。研究结果表明,自攻螺钉连接构件抗剪承载力的计算应根据不同失效模式选用适当的公式。国标仅适用于承压、倾斜和拔出失效,端部剪切失效和基材钢板净截面的断裂失效可参考澳标(AS/NZS 4600—2018)、欧标(EN 1993-1-3—2006)。自攻螺钉的剪切失效应由测试确定并由经销商进行质量保证。国标中自攻螺钉承载力计算采用荷载与抗力系数设计法(LRFD),必要时可提高安全系数以避免脆性断裂。

自钻自攻螺钉与不同基材连接节点抗拉拔承载力试验与理论研究

螺钉与基材连接节点的力学性能是大跨金属屋面研究的关键问题之一,可靠的连接节点是确保屋面抗风安全的重要组件之一。开展了碳钢螺钉与铝基材(CSA节点)、不锈钢复合螺钉与铝基材(SSA节点)、不锈钢复合螺钉与钢基材(SSS节点)三类节点共360组样本试验研究,分析了三类节点的损伤失效模式,揭示了抗拉拔承载力的参数影响规律,建立了节点承载力设计计算公式。结果表明:两种钻入方式下三类节点均呈现螺钉与基材共同承载、到二者咬合处产生损伤变形行为、再到螺钉被拔出基材的失效模式,节点抗拉拔能力依次为SSS节点、CSA节点、SSA节点;基材厚度、螺钉直径和螺距均对节点承载力产生影响,尤以基材厚度和螺距最为显著,同等条件下改变螺距对三类节点承载力的影响最高达94.54%;所提三类节点承载力设计计算公式与试验结果吻合度良好。

钢木组合构件自攻螺钉连接抗剪性能试验及理论模型研究

钢木组合结构是现代钢结构与传统木结构相结合的一种高效混合结构方式,自攻螺钉连接是钢木组合结构及构件中常见的连接形式,其连接处的界面滑移特性是影响构件力学性能的关键因素.针对木-木及轻钢-木自攻螺钉连接,开展了单调荷载和循环荷载下的抗剪性能试验,探究了连接的荷载-滑移响应、滞回性能、承载能力、强度及刚度退化规律.试验结果表明:轻钢-木自攻螺钉连接在荷载作用下表现出较高的承载力和较好的延性,与木-木自攻螺钉连接发生螺钉杆剪断的破坏不同,轻钢-木自攻螺钉连接主要发生螺帽嵌入木材的延性破坏,由杨木胶合板制成的连接整体承载力高于OSB板制成的连接.轻钢-木自攻螺钉连接在循环荷载作用下其平均强度退化及平均刚度退化显著.进一步探究了Foschi和Folz理论模型对单调荷载下连接非线性荷载滑移响应的适用性,理论拟合结果与试验结果吻合较好,研究结果可用于指导未来轻钢-木自攻螺钉连接的设计与有限元分析工作.

冷弯薄壁型钢自攻螺钉厚钢板连接的抗剪及抗拔性能试验研究

为研究厚度大于2 mm的厚钢板连接中自攻螺钉的抗剪性能和抗拔性能,完成了9组自攻螺钉厚钢板连接抗剪试验和9组自攻螺钉厚钢板连接抗拔试验,重点考察螺钉直径、连接板与被连接板厚度等相关参数的影响,获得了用于自攻螺钉厚钢板连接的破坏模式、抗剪承载力、抗拔承载力等性能,并与多地区规范的螺钉承载力计算公式进行对比分析。试验结果表明:自攻螺钉厚钢板连接受剪时自攻螺钉存在严重倾斜,有拔出趋势和螺钉剪断两种破坏模式;自攻螺钉厚钢板连接受拔时存在单侧钢板严重拉弯和两侧钢板轻微弯曲,以及螺钉有拔出趋势两种破坏模式;自攻螺钉厚钢板连接的承载力与螺钉直径、两侧钢板的厚度成正比关系。采用范围修正后的英国规范计算厚钢板连接螺钉抗剪承载力,以及欧洲规范计算厚钢板连接螺钉抗拔承载力,所得结果比实际试验值略小,工程应用偏于安全。

SWRCH22A自攻螺钉扭矩异常分析

通过对扭矩不合格自攻螺钉低倍组织和断口形貌的检验分析,总结了SWRCH22A自攻螺钉加工过程中导致扭矩不合格的原因。认为热轧盘条残余缩孔、奥氏体混晶组织以及球化退火、渗碳淬火热处理工艺不当降低了自攻螺钉扭矩,影响其使用性能。针对性提出了热轧盘条生产过程中连铸头尾坯及冶炼深脱氧关键工艺的控制要求和自攻螺钉加工过程中无检验手段调整热处理工艺的判断方法等措施。采取措施后,热轧盘条的致密度和均匀性满足加工要求,自攻螺钉获得硬度梯度良好的浅层渗碳淬火组织,扭矩合格。

开槽沉头自攻螺钉增强轻型木结构剪力墙抗侧性能研究

轻型木结构剪力墙在水平荷载作用下常发生墙骨柱上拔破坏,从而削弱剪力墙的抗侧性能。本研究提出采用自攻螺钉连接边墙骨柱与底梁板的轻型木结构剪力墙,并以骨架钉种类、自攻螺钉直径和长度为变量,对传统轻型木结构剪力墙和自攻螺钉增强轻型木结构剪力墙进行单调加载对比试验。结果表明:剪力墙破坏时,其边墙骨柱弯曲且上拔较小,覆面板与墙骨柱间破坏较轻。与普通剪力墙相比,自攻螺钉增强剪力墙抗剪强度提高16%~33%,弹性抗侧刚度提高27%~111%,延性系数提高1.7%~31.7%,耗能提高2%~18.8%。因此,采用自攻螺钉连接边墙骨柱与底梁板可以有效提高剪力墙抗侧性能。

竹集成材自攻螺钉拉穿性能试验

对竹集成材-自攻螺钉连接试件进行单轴拉穿加载试验,探究自攻螺钉在竹集成材中的拉穿性能及破坏形态,为自攻螺钉连接设计与工程应用提供基础数据。依据EN 1383-2016木结构试验方法设计8组64个竹集成材-自攻螺钉连接试件,比较竹集成材不同纹理方向和板厚对初始刚度、极限荷载、屈服荷载及延性等影响。试验结果表明:竹集成材自攻螺钉连接试件在节点处的力学性能主要由板材厚度决定,而纹理方向的影响较小。钉节点的破坏形态与竹集成材纹理方向密切相关。自攻螺钉在竹集成材中拉穿破坏形态的横纹弦向和横纹径向存在两种破坏现象,分别为竹集成材表面陷落破坏与整体劈裂破坏。当试件纹理方向相同时,板厚与极限荷载和初始刚度呈现正相关;当试件板厚相同,在横纹弦向上承载能力高于横纹径向。当竹结构满足最小尺寸设计要求时,对于直径6 mm的半螺纹自攻螺钉从横纹弦向钉入板厚30 mm的竹集成材,此时试件拉穿承载性能和延性达到最佳状态,充分发挥了材料的力学性能。

基于高强度旋进式自攻螺钉的室外燃气管线水堵抢修方法

本文创新的应用一种高强度旋进式自攻螺钉,对发生水堵的室外中压、低压燃气管道进行泄水和封堵,并且通过进行磁粉探伤实验,强度实验,严密性实验对此种抢修方法的施工质量和安全性进行检测。结果显示,在强度实验达到预定压力值并经稳压后,检测无漏气现象。严密性实验经气密性检测仪记录数值合格。采用此种高强度旋进式自攻螺钉进行室外燃气管道水堵抢修具有用时短、安全可靠性高、施工工艺简单便捷、对管道创伤面小、防腐补口面简单规则等优点,具有在工程上应用的前景。

自攻螺钉在竹木混合正交胶合木中抗拔性能研究

混合正交胶合木(hybrid cross-laminated timber, HCLT)可以充分发挥不同层板材料特性,改善CLT物理力学性能。研究采用重组竹和速生杉木(Cunninghamia lanceolata),以不同组坯结构制备3类CLT:重组竹CLT、竹木混合CLT和杉木CLT,评价和比较不同直径和钉入深度自攻螺钉(self-tapping screws,STS)在三类CLT中的抗拔性能。结果表明,随着STS钉入深度或直径增加,STS在3类CLT抗拔承载力都增加,且对于重组竹CLT和竹木混合CLT,有利影响程度随着钉入直径或深度增加而增加。STS钉入深度或直径变化对其在3类CLT中抗拔强度影响规律不一致。STS在重组竹CLT和竹木混合CLT的抗拔强度明显大于速生杉木CLT,且对于竹木混合CLT,有利影响程度又随STS钉入深度增加而降低,随STS直径增加而增加。STS在竹木混合CLT中的抗拔性能,受到STS钉入深度、直径和CLT组坯结构等因素多重影响,后续应建立预测模型,量化和优化STS在竹木混合CLT中的抗拔性能。

基于响应面法对自攻螺钉连接强度的研究

FDS无屑自攻螺钉作为一种薄板连接紧固件在新能源汽车制造行业中应用广泛,针对螺纹孔冷挤压成形质量对自攻螺钉连接强度的影响,利用Box-Behnken法对自攻螺钉冷挤压工艺进行研究。通过响应模型、数值模拟和试验三者相结合的方式对锥台斜角、挤压速度、锥台高度和摩擦系数与成形质量及成形载荷间的关系进行研究,获得最优参数组合:锥台斜角20.16°、锥台高度6.12 mm、挤压速度616.28 r/min和摩擦系数0.36。通过试验验证此种最优参数下螺纹连接强度好,螺纹牙形饱满,能够有效降低成形载荷。

塑料用自攻螺钉芯部开裂工艺改进方案

基于30°牙型塑料用自攻螺钉螺纹成形后的芯部开裂缺陷,从牙板设计、调机尺寸、材料状态和毛坯线径4个方面,分别验证导致缺陷的关键因素,制定工艺改进方案。通过更换材料和更改线材直径,解决了自攻螺钉芯部开裂问题,为后续同类产品的开发提供设计依据和理论基础。

汽车外后视镜基座自攻螺钉紧固失效问题研究

针对自攻螺钉在装配后视镜基座以及后续装配时出现的紧固失效问题进行了分析,主要研究了螺丝柱孔径、安装扭矩、环境因素以及材料对自攻螺钉拧紧失效的影响。研究表明:后视镜基座使用自攻螺钉进行装配,并选择安装扭矩为2.93 N·m、螺丝柱孔径为5.3 mm时,滑牙扭矩达到最大值,并且未出现螺丝柱开裂以及滑牙等问题;选择安装扭矩为2.93 N·m、螺丝柱孔径为5.3 mm时,当后视镜基座放置在试验室环境下42 d后,滑牙扭矩下降了15.23%;随着注塑温度的升高,产品的滑牙扭矩降低甚至出现开裂情况,同时材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及缺口冲击强度都大幅度降低。

OSB与胶合木自攻螺钉连接节点抗剪性能研究

文章对采用两种规格自攻螺钉连接的定向刨花板(OSB)和胶合木节点的承载能力进行探究,考察了4种不同的OSB和胶合木主纹理方向的组合方式对绳索效应和节点抗剪承载力的影响。采用欧洲屈服理论对节点承载力进行理论计算,并与试验结果进行对比分析。试验结果表明:增大自攻螺钉直径有利于提高节点初始刚度、极限承载力以及延性,使用8 mm自攻螺钉连接的试件的初始刚度较6 mm自攻螺钉提高14%~86%,极限承载力提高24%~40%,延性比提高23%~49%。主材采用顺纹组合时,节点刚度相较于横纹组合提高18%~71%。侧材纹理方向对于初始刚度没有明显影响,主材与侧材不同纹理方向组合对于节点承载能力和延性都几乎没有影响。不同纹理方向组合试件的预测值比试验值小27%~43%,表明理论公式虽然考虑了绳索效应,但预测值仍偏保守。

自攻螺钉连接冷弯薄壁钢板抗剪性能研究

自攻螺钉以良好的连接性能在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中得到应用,为获得采用自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢结构节点的抗剪力学性能和失效模式,文中采用厚度为2mm的冷弯薄壁钢板和ST4.8、ST6.3自攻螺钉,共设计6组18个自攻螺钉抗剪试件,通过对比试验,分析影响自攻螺钉连接冷弯薄壁型钢板抗剪性能的主要因素,结果表明自攻螺钉直径的增加和螺钉端距的变大对试验试件的抗剪性能和失效模式具有明显影响,试验为自攻螺钉在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中广泛应用提供技术支撑.

螺栓排数和自攻螺钉对木梁柱节点抗侧力性能的影响

通过4组梁柱节点在单调和往复加载下的抗侧力试验,得到了各组节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度、延性及耗能性能,研究了不同螺栓排数和自攻螺钉加强对节点抗侧力性能的影响.结果表明,普通节点中裂缝出现早,开展迅速;增加螺栓排数可提高节点的强度和延性,其中强度提高更明显;自攻螺钉加强可明显减轻和延缓木材的开裂,提升节点的延性和抗震性能.

自攻螺钉专用冷镦钢的开发

自攻螺钉是当前世界上流行的轻结构新型紧固件。介绍了自攻螺钉的特点及其对钢材性能的特殊要求，分析了影响该品种钢质的主要因素及开发的相应对策。主要是控制成品的硅≤０．１０％，酸溶铝≥０．０２％，钢中氮≤６０×１０－６。另外还应设法降低非金属夹杂物含量，减少偏析与不致密性，提高表面质量与线材尺寸精度等，在开发新产品的各种对策中，新工艺、新技术、新装备三者相互关联，是不可分割的一个整体。

自攻螺钉连接在建筑上的应用

随着经济建设的发展,轻钢建筑特别是彩色钢板围护体系被越来越多地采用,近几年带钻头的自攻螺钉,以其优越性被广泛地应用在彩色钢板围护体系中,成为目前国内最先进的压型钢板连接紧固件,为此,着重介绍了自攻螺钉的特性、使用范围、技术参数及设计方法。

自攻螺钉在杉木中的抗拔性能试验研究

进行了不同倾斜角度、不同锚固深度的自攻螺钉在杉木中的抗拔性能试验。主要研究自攻螺钉在杉木中的拉拔破坏形态和不同倾斜角度、锚固深度对拉拔性能的影响。试验结果表明:破坏形态分为自攻螺钉拔出破坏和自攻螺钉屈服破坏。自攻螺钉的抗拔承载力随着锚固深度、与木材顺纹方向倾斜角度的增大而增大;只有锚固深度为16d(d为自攻螺钉的直径)时,试件才会发生自攻螺钉屈服破坏;单考虑倾斜角度的因素,倾斜角度接近木材横纹方向抗拔性能最好。