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冷弯薄壁型钢结构由于抗震性能好、施工效率高、绿色环保等一系列优点逐渐成为发展绿色装配式建筑的重要载体。螺钉连接安装效率高、连接性能好,是冷弯薄壁型钢结构最常用的一种连接方式。当前,关于螺钉连接性能的研究主要集中在螺钉和螺钉群的抗剪性能。然而,冷弯薄壁型钢结构足尺模型的振动台试验结果显示局部板件螺钉更容易被拔起脱落破坏,螺钉连接的抗拔性能是关乎螺钉连接安全的关键。此外,随着高强超薄壁板件的应用越来越广泛,对于螺钉连接板厚小于0.9mm的应用需求逐渐增加。因此,完全有必要扩大现有规范中抗拔承载力公式的应用范围。另一方面,相关研究成果显示螺钉外直径、内直径、钻头处直径对螺钉连接抗拔性能均有影响,且对薄板的影响较之厚板愈加明显,但由于螺钉数量及尺寸的限制,尚未能确定影响抗拔承载力产生差异的主要因素。
因此,本文采用板厚为0.8mm、1.0mm、1.2mm的LQ550高强冷弯薄壁型钢板件和0.8mm、1.5mm、2.0mm的S350冷弯薄壁型钢板件与不同螺钉组合,进行了287个试件的拔出试验。主要研究内容和成果如下:
(1)通过连接板件的材性试验获取了板件的主要力学性能,设计了一套高效可靠的试验加载装置,并列出了冷弯薄壁型钢螺钉连接抗拔性能试验加载步骤。总结了冷弯薄壁型钢螺钉连接抗拔破坏模式,整理分析了试验试件荷载位移曲线。结果表明,1.0mm及以上厚度板件主要发生螺纹剪切破坏,随着板厚增加,螺纹剪切破坏越明显;0.8mm超薄板件主要发生钉孔挤压破坏,且螺钉直径越大或者板件强度越低,则钉孔挤压变形越显著。
(2)分析了各国规范中抗拔承载力设计公式的适用性和可靠性,研究了冷弯薄壁型钢板件强度和厚度以及螺钉螺纹间距、外直径、内直径、钻头处直径对螺钉抗拔承载力的影响。结果表明,我国规范螺钉连接抗拔承载力公式较为准确,但是,对于螺钉连接LQ550高强钢板偏于不安全,尤其是0.8mm厚的超薄板件;螺纹间距对抗拔承载力影响较小,抗拔承载力随着螺钉外直径增加而增加,内直径增大而减小,且二者对超薄板件的影响更大;对于自钻自攻螺钉应采用内直径与钻头处直径的较大值计算抗拔承载力,螺钉钻头处直径越小承载力越大。
(3)提出了考虑钢板强度、厚度及螺钉外直径、内直径、螺纹间距、钻头处直径的承载力设计建议公式,并验证其适用性和可靠性,可为规范修正提供参考。
因此,本文采用板厚为0.8mm、1.0mm、1.2mm的LQ550高强冷弯薄壁型钢板件和0.8mm、1.5mm、2.0mm的S350冷弯薄壁型钢板件与不同螺钉组合,进行了287个试件的拔出试验。主要研究内容和成果如下:
(1)通过连接板件的材性试验获取了板件的主要力学性能,设计了一套高效可靠的试验加载装置,并列出了冷弯薄壁型钢螺钉连接抗拔性能试验加载步骤。总结了冷弯薄壁型钢螺钉连接抗拔破坏模式,整理分析了试验试件荷载位移曲线。结果表明,1.0mm及以上厚度板件主要发生螺纹剪切破坏,随着板厚增加,螺纹剪切破坏越明显;0.8mm超薄板件主要发生钉孔挤压破坏,且螺钉直径越大或者板件强度越低,则钉孔挤压变形越显著。
(2)分析了各国规范中抗拔承载力设计公式的适用性和可靠性,研究了冷弯薄壁型钢板件强度和厚度以及螺钉螺纹间距、外直径、内直径、钻头处直径对螺钉抗拔承载力的影响。结果表明,我国规范螺钉连接抗拔承载力公式较为准确,但是,对于螺钉连接LQ550高强钢板偏于不安全,尤其是0.8mm厚的超薄板件;螺纹间距对抗拔承载力影响较小,抗拔承载力随着螺钉外直径增加而增加,内直径增大而减小,且二者对超薄板件的影响更大;对于自钻自攻螺钉应采用内直径与钻头处直径的较大值计算抗拔承载力,螺钉钻头处直径越小承载力越大。
(3)提出了考虑钢板强度、厚度及螺钉外直径、内直径、螺纹间距、钻头处直径的承载力设计建议公式,并验证其适用性和可靠性,可为规范修正提供参考。