单面螺栓连接及装配式钢结构节点理论与试验研究

摘要

钢结构住宅具有抗震性能好、施工速度快、绿色节能等优点，符合住宅产业化和可持续发展的要求。随着我国钢产量日益增加，以及钢结构设计和安装技术的日趋成熟，发展装配式钢结构住宅成为我国住宅产业化进程中的关键。
　　在钢结构的设计中，梁柱节点起着传递梁柱之间弯矩和剪力的作用，其性能优劣直接影响到结构的整体反应，是钢结构设计中的重中之重。方钢管柱与H型钢梁连接节点由于其优越的受力性能，得到国内外研究者的广泛关注。针对目前方钢管柱与H型钢梁节点在实践中施工技术和焊接质量不能兼得以及螺栓需两边操作安装等问题，为进一步丰富和完善方钢管柱与钢梁之间节点连接形式，本文提出一种新型单面自紧高强螺栓钢结构连接节点。
　　新型单面自紧螺栓主要通过改变传统的连接方式，使用特定形式的螺栓和操作方式，使其可以在一边采用扭剪电动扳手来拧紧和固定的特殊螺栓，而无需像传统螺栓一样进行两边操作。通过此种单面螺栓可实现矩形钢管等封闭截面柱与钢梁的全螺栓连接。
　　结合国内外单边螺栓紧固系统相关产品的开发思路和研究现状以及国内扭剪型高强螺栓的应用现状，本文以扭剪型高强螺栓为基材，经历了新型单面自紧高强螺栓的成形过程、成形机理、传力机理等方面的试验探索与研究，并配以少量的ABAQUS有限元分析，最终提出了一种新型单面自紧高强螺栓。
　　为获取新型单面自紧高强螺栓的各项力学性能指标，分别对新型单面自紧高强螺栓进行了预紧力时变效应测试试验、抗滑移系数测定试验和抗剪承载力性能理论与试验研究，并与扭剪型高强螺栓进行对比。研究成果表明:新型单面自紧高强螺栓能够达到扭剪型高强螺栓的力学性能，并能够符合相关规范中的力学要求。
　　为了验证新型单面自紧高强螺栓的工程实用性，对新型单面自紧高强螺栓与扭剪型高强螺栓外伸式端板装配式钢结构节点试件进行了水平加载试验，对比研究了两种螺栓的外伸式端板钢结构连接节点的弯矩-转角关系曲线、屈服荷载、极限荷载、螺栓的受力性能、螺栓拉力的分布情况以及梁、端板、柱的应力变化和分布情况。试验研究成果表明:新型单面自紧高强螺栓同扭剪型高强螺栓一样可以在工程中为钢结构梁柱提供可靠的连接，进而验证了新型单面自紧高强螺栓在实际工程中的适用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 钢结构节点连接形式

1．3 单面螺栓国内外研究现状

1．3．1 国外单面螺栓研究现状

1．3．2 国内单面螺栓研究现状

1．4 本文的研究内容

参考文献

第二章 单面螺栓的种类与构造原理

2．1 引言

2．2 单面螺栓

2．2．1 机械构造类

2．2．2 端部材料变形锚固类

2．3 本章小结

参考文献

第三章 新型单面自紧螺栓的开发与研究

3．1 引言

3．2 新型单面自紧螺栓成形机理的试验研究

3．2．1 套筒选材试验研究

3．2．2 套筒防“溢”出的试验研究

3．2．3 高强钢套箍锚固端成形的试验研究

3．2．4 锚固端最终成形的试验研究

3．2．5 新型单面自紧螺栓力与位移的关系测定试验

3．3 新型单面螺栓传力机理分析及试验研究

3．3．1 被连接钢板预紧力测量试验

3．3．2 有限元模拟分析

3．4 释放高强钢套筒内力的试验研究

3．4．1 套筒构造法

3．4．2 承剪垫圈构造法

3．4．3 承剪垫圈构造法(改进)

3．4．4 施工工艺改造法

3．5 新型单面自紧高强螺栓

3．5．1 螺栓组成

3．5．2 现场安装方法

3．5．3 尺寸及匹配

3．6 本章小结

参考文献

第四章 新型单面自紧高强螺栓力学性能试验

4．1 引言

4．2 预紧力时变效应试验

4．2．1 试件设计测量

4．2．2 试验装置

4．2．3 量测内容及方法

4．2．4 试验结果与分析

4．3 抗滑移系数测定试验

4．3．1 试件设计

4．3．2 高强度螺栓预拉力的测量

4．3．3 试件的拉力试验

4．3．4 试验结果与分析

4．4 抗剪承载力试验

4．4．1 试件设计

4．4．2 试验装置

4．4．3 加载机制

4．4．4 试验过程与现象

4．4．5 试验结果与分析

4．5 本章小结

参考文献

第五章 水平荷载作用下新型单面自紧高强螺栓装配式钢结构节点试验研究

5．1 引言

5．2 试验目的与试验内容

5．3 试验构件的设计、制作和安装

5．4 试验加载装置

5．5 量测布置

5．5．1 螺栓轴力的测定

5．5．2 应力(应变)量测

5．5．3 位移与变形的量测

5．5．4 试验设备

5．6 试验加载机制

5．7 试验现象

5．8 试验结果与对比分析评价

5．8．1 试件受力特性分析

5．8．2 螺栓受力测量结果

5．8．3 试件关键部位的应力

5．9 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文