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.

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。

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。

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。

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。

水青冈木-自攻螺钉复合榫连接节点单剪性能

对比研究自攻螺钉、水青冈木榫和水青冈木-自攻螺钉复合榫3种连接节点的单剪承载性能,采用特征值分析法对单剪力-位移进行分析,获得最大荷载、极限荷载、屈服荷载、初始刚度、延性系数、能耗和最终位移等七个参数。结果表明:1)除了初始刚度,采用自攻螺钉的连接节点承载性能优于水青冈木榫连接节点;2)复合榫连接节点的承载力呈现两个极大值峰,第一个极大值高于水青冈木榫连接节点最大值2 kN,第二个极大值高于自攻螺钉连接节点最大值0.7 kN;3)复合榫连接节点的最终位移介于水青冈木榫连接节点和自攻螺钉连接节点之间,耗能能力和自攻螺钉连接节点相当,其他参数均优于自攻螺钉连接节点和水青冈木榫连接节点。综合参数分析,水青冈木-自攻螺钉复合榫能够有效结合自攻螺钉和水青冈木榫的优良特性

冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接抗剪性能试验研究

介绍单颗自攻螺钉连接件和多颗自攻螺钉连接件的试件制作、加载装置及它们抗剪承载力的试验全过程。根据试验过程和破坏现象,总结不同试件的荷载变形曲线、抗剪承载力试验值及破坏模式。依据各国规范及相关文献,结合试验数据,验证中国规范GB 50018—2002及美国AISI规范对于计算单颗螺钉抗剪承载力的可行性及可靠性。通过探讨不同母材厚度、不同螺钉数目、不同螺钉排列方式及不同螺钉间距对自攻螺钉连接抗剪承载力的影响,总结得到自攻螺钉连接抗剪试验破坏的几个阶段、主要破坏模式和影响因素:(1)螺钉数目及间距是影响自攻螺钉连接抗剪性能的最主要因素;(2)螺钉排列方式对连接的抗剪性能影响较小;(3)在某些破坏模式下,母材厚度也是影响连接件抗剪性能的主要因素之一。通过对试验数据统计分析,发现自攻螺钉群的抗剪承载力具有"群体折减效应",并给出能反映"群体折减效应"的螺钉群效率系数的分布范围,发现螺钉间距及数目也是影响效率系数的主要因素。

自攻螺钉连接冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验及分析

为了正确地计算轻型冷弯薄壁C型钢龙骨结构体系的实际受力状态,应在其框架的分析和设计中考虑真实连接的非线性影响。本文通过自攻螺钉连接的冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验,对连接节点的刚度即连接的M-θ曲线的进行了测试。文中详细介绍了试验过程、实验现象以及对试验数据的处理。最后,在采用非线性回归分析的基础上,拟合出一个M-θ关系的数学模型,供以后的分析和设计参考。

冷弯薄壁型钢组合楼盖和自攻螺钉连接的抗剪性能试验研究

对3个足尺冷弯薄壁型钢楼盖试件的面内受力性能进行了水平低周往复加载试验研究,得到其破坏特征、承载力指标以及自攻螺钉连接的破坏模式,试验结果表明C形边梁与压型钢板间的自攻螺钉连接破坏导致了楼盖试件破坏。基于楼盖试件面内破坏现象,对C形楼盖梁与U形边梁间、C形楼盖梁与压型钢板间两种自攻螺钉连接形式进行了抗剪性能试验研究,得到自攻螺钉连接的破坏形态和单颗自攻螺钉的抗剪承载力,分析了中国规范GB 50018—2002对于计算单颗自攻螺钉抗剪承载力的适用性。采用基于性能的抗震设计理论对冷弯薄壁型钢楼盖中自攻螺钉连接的性能水平、性能目标以及承载力指标进行了探讨,其结果可用于指导冷弯薄壁型钢结构体系的抗震设计。