高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究

针对预制混凝土楼板钢筋直径较小,装配时无法直接使用灌浆套筒完成钢筋连接的问题,提出一种高强钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件,仅从楼板表面即可实现钢筋等强连接。为研究钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头在地震作用下的连接性能及工作机理,对2组6个试件分别进行高应力反复拉压试验和单向拉伸试验,重点考察破坏形态、连接钢盖板沿长度方向及宽度方向应变、高强螺栓轴向应变和开槽钢筋应变等。结果表明:相同锚固长度条件下,2组试件的最终破坏模式、极限承载能力无明显区别,但接头变形性能有一定差别,高应力反复拉压试验中极限荷载所对应位移增加约32%,钢筋拉断时位移增加约24%;锚固区钢筋和接头端部钢筋荷载-应变曲线变化趋势无明显区别,高应力反复拉压作用对钢盖板轴向应变和横向应变特征基本无影响;高应力循环作用结束时,高强螺栓压应变增加约30×10^(-6),循环作用对螺栓预紧力的影响较小;试件屈服比、强度比及延性比的均值分别为1.07、1.56和7.92,锚固长度为3 d(d为连接钢筋公称直径)的试件钢筋拔出,可以对连接齿钉的构造进行优化,减小齿钉间距和增加咬合面以提高锚固性能。

高强钢组合K形偏心支撑钢框架震后修复试验研究

高强钢组合K形偏心支撑钢框架通过低屈服点耗能梁段的弹塑性变形耗散能量,结构破坏主要集中于此,可通过更换耗能梁段完成结构修复。为研究替换构件法修复这种结构的可行性和修复后结构的抗震性能,先对1榀单层单跨1/2缩尺的高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行循环加载试验;将已加载破坏的试件进行更换耗能梁段修复,再对修复后的试件进行循环加载试验。试件破坏模式和主要抗震性能指标的分析结果表明:采用替换耗能梁段法修复这种结构是可行的,且修复工作量小,有利于尽快恢复正常;修复后的极限承载力与原试件相当,但延性系数略有降低;相同层间位移角下二者耗散能量差别不大,但修复后的耗能梁段转动能力不及原试件。

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能分析

偏心支撑钢框架设计时需要通过内力放大系数调整梁柱截面以抵抗耗能梁段的应变硬化效应,导致用钢量增大和节点连接困难.根据"相对强弱"的抗震思想,可将高强度钢材引入基本处于弹性的钢框架部分,耗能梁段采用屈服点较低钢材,形成高强钢组合偏心支撑钢框架.为研究这种新型结构的抗震性能和用钢量优势,采用ANSYS对2榀单层剪切屈服机制的K形偏心支撑钢框架进行了非线性有限元分析,其中考虑材料非线性和几何非线性.结果表明在相同应力比设计原则下,对同一耗能梁段采用高强钢框架可以节省约14%的用钢量,而抗震性能与普通偏心支撑钢框架相当.

高强钢板-螺栓连接副抗拉性能试验研究

为解决现有单边螺栓锚固不足和安装复杂的问题,提出一种高强钢板螺栓连接副.将高强钢板焊成芯筒置于钢管柱内并开孔攻丝,采用普通高强螺栓即可实现与钢梁连接节点的单边张紧.为研究攻丝高强钢板替代螺母的可行性,考察连接副的极限抗拉性能和破坏模式,探讨能够与高强螺栓配合的最优钢板厚度,对一系列不同钢板厚度和螺栓强度等级的钢板螺栓连接副进行单调抗拉试验研究.试验中选取Q460C、Q345B、45号钢三种钢材和M16、M20、M24三种规格10.9级高强螺栓作为研究变量.结果表明,Q460C和Q345B均可以作为45号钢的替代材料,同时满足高强螺栓的强度要求和钢结构的焊接要求,采用强度较高钢材可以减少连接副用钢量.为保证钢板螺栓连接副不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q460C钢板厚度不宜小于螺栓公称直径d;Q345B钢板厚度不宜小于d+(1~2)mm,不宜采用贴焊加厚的叠合钢板.

钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件抗拉性能试验

为实现无湿作业、无焊接条件下将单向预制板横向钢筋拉通受力并形成双向板,考虑施工效率和可操作性,提出钢板组合单边螺栓钢筋连接件。为研究连接件抗拉性能,对22个试件进行单调拉伸试验,研究参数为钢板强度、螺栓个数、预紧力大小和锚固长度,重点考察破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线及变形能力。试验研究表明:此类连接件存在钢筋拉断、钢筋犁沟式拔出两种破坏模式;对于调质45#钢盖板,连接件的钢筋临界锚固长度在2d~3d之间,低于临界锚固长度时钢筋犁沟式拔出,高于临界锚固长度时钢筋拉断;连接螺栓数为4时,连接件即可实现钢筋等强连接;连接件的盖板宽度减小时,临界锚固长度增加;在锚固长度相同条件下,连接件抗拉强度随螺栓预紧力增大而增大;对于Q460C高强钢盖板,均为齿钉挤压变形、钢筋拔出破坏;在相同试验条件下,带肋钢筋与光圆钢筋试件的破坏模式相同;提出了这种钢筋连接件的抗拉承载力的计算公式,与试验结果吻合较好,可为小直径钢筋机械连接设计提供参考。

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能与震后修复分析

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架这种新型结构体系的抗震性能和震后可修复性,在试验的基础上对3种组合Y形偏心支撑钢框架进行有限元分析.采用ANSYS软件建模,3-D实体单元划分网格,考虑材料非线性和几何非线性,研究变量为耗能梁段长度.结果表明:耗能梁段长度对试件的初始刚度影响较大,对极限承载力影响较小;耗能梁段长度对破坏模式影响较大,在位移角相同的条件下,短耗能梁段的剪切变形发展更充分,长耗能梁段将导致钢框架节点弯矩大幅增长,使得框架梁先于梁段发生破坏,震后修复难度增加.为保证高强钢组合Y形偏心支撑钢框架的耗能梁段弹塑性变形发展充分,作为第一道抗震防线首先发生破坏,建议耗能梁段长度与层高的比值不宜大于0.25.

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.

超期服役钢结构厂房检测与加固技术

旧工业厂房改变使用功能后继续服役,须先进行可靠性鉴定并采取必要的加固措施,以某超期服役钢结构工业厂房为例,对加固技术进行探讨。通过现场检测、试验分析和简化模型计算对主体结构的使用性能和安全性进行评定,对存在缺陷的构件采取加固措施。对钢排架结构增设水平支撑、垂直支撑体系,以提高结构的整体性;通过增大钢屋架腹杆截面,来提高其承载能力;采用改进的防护措施保护钢柱脚,满足建筑和结构的要求。厂房加固工程已完成并投入使用,效果良好。

高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15 d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10 d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95 d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.

基于FEM的足尺落地式浅圆钢筒仓静态贮料作用分析

准确计算贮料对仓壁的作用,是大直径浅圆钢筒仓安全设计的前提.为此,采用有限单元法(FEM)对足尺落地式浅圆钢筒仓的静态贮料作用进行了数值模拟分析,包括小麦、铁矿石散粒、石英砂和水泥散料,其本构关系服从Drucker-Prager屈服非关联流动准则.采用3-D模型同时模拟了贮料和筒仓,建立考虑变形的面-面接触对,以更好地反映贮料对仓壁的静态作用.将FEM模拟值与国内外筒仓规范的计算结果进行了对比分析,并讨论了贮料力学参数的影响,表明FEM可作为一种准确、可靠的钢筒仓静态贮料作用计算工具.

耗能梁腹板厚度对高强钢组合K型偏心支撑钢框架受力性能的影响

为研究高强钢组合偏心支撑框架的抗震性能,采用ABAQUS有限元软件对5种不同耗能梁腹板厚度的高强组合钢偏心支撑钢框架(耗能梁段为Q345钢,梁柱及支撑为Q460钢)进行了有限元模拟分析.研究表明:在适当的范围内耗能梁段腹板厚度增大可提高结构的承载力、刚度及耗能能力,但过厚会因框架梁柱节点等处的破坏导致及耗能能力的降低,并根据有限元分析结果对耗能梁段的厚度给出了相关建议.

耗能梁段长度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能影响的研究

采用ABAQUS有限元软件对高强钢组合Y型偏心支撑框架进行有限元分析,分别对5种不同长度的耗能梁段的进行单调加载和循环加载,研究耗能梁段长度对框架受力性能的影响。分析表明,高强钢组合Y型偏心支撑框架的耗能能力较强;耗能梁段长度越长,结构的耗能能力也就越强,但长度增加到一定程度时,结构的承载能力明显降低。

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种耗能梁段采用屈服点较低的钢材(Q235,Q345),其他构件采用高强度钢材(Q460,Q690)的新型结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合K形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调加载试验和循环加载试验。试验以耗能梁段长度为变化参数,研究试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,高强钢组合K形偏心支撑钢框架的承载力高、延性较好、耗能能力强;剪切屈服型试件的耗能能力好于弯曲屈服型;单调加载的破坏位移远比循环加载的大,前者的承载力高于后者,但相同位移时前者的荷载低于后者;循环荷载作用下试件破坏主要集中在第一道抗震防线耗能梁段上,此时高强钢构件基本处于弹性工作状态,残余变形较小;高强钢组合K形偏心支撑钢框架是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架是耗能梁段采用较低屈服点钢材、其他构件采用高强钢的双重抗侧力结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合Y形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调和循环加载试验。根据耗能梁段长度将试件分为剪切屈服型和弯曲屈服型两类,分别研究了每类试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,该结构耗能能力强、延性好,剪切屈服型试件的承载力比弯曲屈服型试件的高,延性也好于后者,相同位移下耗散的能量也较后者大。循环加载时,剪切屈服型试件的破坏集中于耗能梁段,此时钢框架基本处于弹性工作状态,残余变形较小,是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能非线性有限元分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是耗能梁段采用屈服点较低的钢材、钢框架采用高强钢的新型双重抗侧力体系。为研究不同钢材对抗震性能的影响,在试验的基础上对5种K形组合偏心支撑钢框架的抗震性能进行非线性有限元分析。对有限元模型进行分析时仅改变钢材的强度等级,构件截面和边界约束条件与试验则完全一致,同时考率几何非线性和材料非线性。通过对各试件耗能机理、应力分布以及塑性铰力学模型的分析表明,在耗能梁段相同的条件下,适当提高框架钢材强度等级可以抵抗耗能梁段应变硬化产生的内力增大效应,从而避免因增大截面导致的用钢量上升;此时结构的延性虽有所下降,但刚度退化速率减缓,钢框架残余变形小,有利于震后修复。

高强钢板组合单边螺栓抗剪性能试验

为研究高强钢板组合单边螺栓抗剪承载力和破坏机理,本文对29个试件进行试验研究。钢材选用Q345B和Q460C,高强螺栓选用10.9级和12.9级2种等级和M20、M24、M27、M30、M33这5种规格。试验显示出螺杆剪断和钢板破坏2种破坏模式。结果表明:螺栓预拉力对极限抗剪承载力影响较小而对峰值位移影响较大,钢板破坏时,有预拉力试件的峰值位移比无预拉力反而增加40%。本文试验范围内,12.9级螺栓与Q460C匹配时,抗剪承载力最优,充分的发挥高强钢材的强度,与Q345B匹配时,变形能力较好;10.9级螺栓与Q460C匹配时峰值位移最小,与Q345B匹配时,抗剪承载力最低;抗剪承载力与端距呈正相关。钢板组合单边螺栓连接梁柱节点时,其端距仍可采用标准规定的最小端距进行设计计算。建议螺栓抗剪强度设计值f_(v)^(b)取螺栓最小抗拉强度f_(u)^(b)的0.40倍。