螺纹锚固单边螺栓端板连接节点弯剪作用性能研究

现有研究中针对螺纹锚固单边螺栓连接节点的加载工况较为简单,一般为纯弯、纯拉或者纯剪。实际结构节点的抗弯和抗剪承载力之间存在明显相互作用关系,因此需要对节点在弯矩、剪力共同作用下的受力性能与计算方法进行研究。通过试验研究了弯矩和剪力共同作用对于螺纹锚固单边螺栓端板连接节点受力性能的影响,并将单边螺栓连接节点与带螺母高强螺栓连接节点的受力性能进行了对比。借助经过验证的有限元模型补充分析了不同弯矩与剪力大小组合下节点的受力性能,总结出剪力对节点抗弯承载力的影响规律,并得到了节点弯矩-剪力相关承载力。结果表明,剪力造成的钢管螺栓孔变形会进一步削弱螺纹锚固状态,进而降低节点抗拉强度;相较于拉力,剪力对于螺纹锚固单边螺栓连接节点承载力的影响更大。

T形件-钢管螺纹锚固单边螺栓连接受拉性能试验研究

钢结构框架柱采用闭口截面具有截面承载效率高、抗扭模量大等优势。利用螺纹锚固单边螺栓可以解决钢梁-钢管柱无法采用普通高强螺栓直接连接的问题。螺纹锚固单边螺栓是通过在柱壁上加工带有螺纹的螺栓孔,直接将高强螺栓拧紧在柱壁的螺纹孔上来代替传统螺母,实现在钢管柱外侧安装和拧紧。在螺纹锚固单边螺栓双T形节点模型研究的基础上,进一步研究了螺纹锚固单边螺栓连接T形件-钢管的受力机理和破坏模式。对10个采用螺纹锚固单边螺栓连接T形件-钢管节点进行了受拉试验研究,分析和对比了不同节点破坏模式、承载力机理、位移-荷载曲线、屈服承载力和极限承载力等。试验发现:节点共发生了四种破坏,分别为螺纹剪切破坏、管壁局部屈服伴随螺纹剪切破坏、螺栓杆拉断破坏和管壁屈服破坏。当钢管壁厚度较小时,节点发生螺栓孔内螺纹剪切破坏,当管壁较厚,螺栓直径相对较小时,发生螺栓杆拉断破坏,但螺纹孔内螺纹保持完好,表明当螺栓孔内螺纹长度足够时,钢管壁螺栓孔内螺纹具有足够的承载力,螺纹锚固方式可行。同时对比分析了螺栓间距、螺栓直径及管壁厚度对节点承载力的影响。试验结果表明:增大螺栓直径、管壁厚度、螺栓间距等,均可以提高节点的承载力;螺栓间距对节点承载力的影响与钢管壁在螺栓拉力作用下屈服线的形状有关,当螺栓间距较小时,各受拉螺栓对钢管壁的屈服线相互叠加,随着螺栓间距增大,节点承载力明显提高;但当螺栓间距较大,各受拉螺栓对钢管壁屈服线为长圆形,随螺栓间距的增加,节点承载力将保持不变;随着螺栓直径的增加,节点的破坏模式逐渐从螺杆拉断破坏改变为钢管壁螺栓孔螺纹破坏或钢管壁屈服破坏,节点承载能力增加;管壁厚度增加显著提高钢管壁屈服承载力,其增长率与壁厚的增长率近似呈平方的关系。为了避免钢管壁较薄时,管壁螺栓孔内螺纹锚固力不足的问题,进一步研究了钢管内设垫板对螺纹锚固单边螺栓T形件-钢管连接节点受力性能的影响。试验结果表明:垫板增加了螺纹锚固长度,加强后的节点承载力显著提高,有效地避免螺纹剪切破坏,但初始刚度变化不大。

钢管壁哑铃形屈服线模式及承载力计算方法

基于组件法将钢梁-钢管柱螺纹锚固单边螺栓平齐端板连接简化为T形件-钢管模型,并利用参数化的有限元模型分析了T形件-钢管节点在单向拉伸荷载作用下钢管壁平面外受拉性能,发现了钢管柱壁新型的哑铃形屈服线模式。通过虚功原理,建立了钢管壁发生该屈服线模式的塑性极限承载力的计算方法。对不同参数的T形件-钢管节点钢管壁平面外受拉承载力进行了有限元分析,钢管柱壁塑性极限承载力的计算结果与有限元分析结果基本吻合。