冷弯薄壁型钢偏压构件及自攻螺钉连接承载力试验研究

摘要

材料科学的发展及加工技术的进步使得冷弯薄壁型钢结构在世界范围内得以广泛应用。冷弯薄壁型钢构件朝着高强、超薄方向发展，壁厚2mm以下的冷弯薄壁型钢构件已大量用于工程实际。而我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》仅适用于壁厚2mm～6mm的承重构件，壁厚2mm以下的冷弯薄壁型钢构件的设计与计算在我国尚无技术标准可依。本文以“低层冷弯薄壁型钢建筑试验研究”课题为依托，结合国内外现有研究成果，对壁厚2mm以下Q235钢材冷弯薄壁型钢偏压构件及自攻螺钉连接的承载力性能进行了系统的理论与试验研究。 本文首先对66根壁厚2mm以下冷弯薄壁型钢偏压构件(包括开口C形及组合I形两种截面形式)进行了试验研究，并采用大型通用有限元软件ANSYS对其进行了数值计算与分析。基于试验研究及数值分析，本文对中国，澳大利亚(新西兰)和北美冷弯薄壁型钢结构设计规范偏压构件承载力设计计算方法进行了对比分析；对我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》相关设计计算方法对壁厚2mm以下的冷弯薄壁型钢偏压构件的适用性进行了验证；并提出了组合I型截面偏压构件的设计计算方法。结合试验研究结果，本文还对我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的开口C形截面的冷弯薄壁型钢偏压构件设计计算方法进行了可靠度分析。 其次，本文还进行了75个自攻螺钉连接的剪切试验研究，基于试验研究结果，探讨了螺钉数目、螺钉排列方式、螺钉间距及端距、板件材料等因素对连接性能的影响。本文研究结果表明：自攻螺钉连接中存在“群体效应”，我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中相关设计计算方法忽略群体效应，对含多颗螺钉的自攻螺钉连接偏于不安全。基于试验及理论研究，结合国内外现有研究成果，本文提出了自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算方法。本文建议的设计计算方法考虑了自攻螺钉连接中存在“群体效应”，引入了螺钉间距修正系数，其理论计算结果与试件试验实测承载力比较吻合，具有一定的合理性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2研究背景

1.2.1低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系国内外发展现状

1.2.2低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系简介

1.2.3我国相关技术标准现状

1.3研究现状

1.3.1冷弯薄壁型钢构件稳定性的研究现状

1.3.2自攻螺钉连接的研究现状

1.4研究内容

第二章冷弯薄壁型钢构件偏压承载力理论分析

2.1冷弯薄壁型钢偏压构件的屈曲模式

2.2冷弯薄壁型钢偏压构件的整体稳定性

2.2.1冷弯薄壁型钢偏压构件的弯曲屈曲

2.2.2冷弯薄壁型钢偏压构件的弯扭失稳

2.3考虑板件屈曲后强度的冷弯薄壁型钢构件设计计算方法

2.3.1有效宽度法

2.3.2畸变屈曲的设计计算方法

2.3.3直接强度法

2.4其他计算方法

2.5本章小结

第三章材性试验研究

3.1概述

3.2试验试件

3.3试验装置

3.4试验结果

3.4.1主要破坏现象

3.4.2主要材性参数结果

3.4.3建议简化本构关系

3.5本章小结

第四章偏压构件承载力试验研究

4.1概述

4.2试验试件

4.3试验装置

4.3测点布置

4.4试验及其结果

4.4.1试验加载过程

4.4.2试件主要破坏现象

4.4.3试件实测极限承载力

4.4.4试件实测曲线

4.5偏压构件承载力计算模式分析

4.5.1数值模拟及分析

4.5.2弹性屈曲临界应力及波长的分析

4.5.3与各国规范理论计算结果对比分析

4.5.4.其他相关试验研究分析

4.5.5大偏心偏压构件承载力设计计算方法的研究

4.6承载力计算模式的建议

4.6.1开口C形截面构件

4.6.2组合I形截面构件

4.7本章小结

第五章偏压构件设计可靠度分析

5.1结构可靠度分析理论简介

5.1.1结构可靠度的基本概念

5.1.2结构可靠度分析的一次二阶矩法(JC法)

5.2相关参数不定性统计分析

5.2.1材料强度M不定性统计分析

5.2.2构件几何特性不定性统计分析

5.3荷载不定性的统计参数和目标可靠度的选取

5.3.1荷载不定性的统计参数

5.3.2目标可靠度的选取

5.4抗力分项系数γR的确定

5.4.1抗力分项系数γR预分析

5.4.2确定抗力分项系数γR

5.5本章小结

第六章自攻螺钉连接抗剪承载力理论及试验研究

6.1概述

6.2自攻螺钉连接剪切破坏现有设计计算方法简介

6.2.1北美AISI规范设计计算方法

6.2.2中国现行规范设计计算方法

6.2.3文献[41]建议设计计算方法

6.3自攻螺钉连接剪切承载力试验研究

6.3.1试验试件

6.3.2试验装置及加载

6.3.3试件主要破坏现象

6.3.4试件实测极限承载力

6.3.5试件实测曲线

6.3.6试件承载力影响因素分析

6.3.7自攻螺钉连接承载力计算模式

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果