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冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究 螺钉连接方便，外形美观，连接刚好，载载能力高。这是冷弯发展趋势下最重要的连接方式。随着冷弯发展趋势的迅速发展，螺钉的连接性能越来越受到重视。20世纪90年代，美国康奈尔大学的pekoz教授根据研究了三个冷弯闭合螺钉的连接性能结果，提出了一个计算板和螺钉的公共公式。该公式由美国标准a.1996批准。在2002年，鲍姆等人发现，当螺钉和钢板的类型保持不变时，每个螺钉的平均支撑能力低于单螺钉。因此，如等式（1）和（2）所示，考虑到“群效应”，将螺钉连接的抗剪能力计算方法定义为“群效应”，并提供了抗弯环比切削的计算方法。 式中:R为群效应折减系数;n为螺钉数目;Nv1为单颗螺钉连接的抗剪承载力;Nv为考虑“群效应”的螺钉连接抗剪承载力.其中,群效应折减系数R是根据螺钉间距为3倍钉距试件的试验结果得到的,且该公式只适用于斜拔和承压破坏. 国内近几年做过一些相应的研究,但不够系统.基于欧洲建议,现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)给出了螺钉连接承载力的设计计算方法,该标准适用于壁厚1.5~6.0 mm的钢板,且主要针对强度等级Q235及Q345的钢材,对于板件壁厚小于1.5mm的板材及其他高强板材螺钉连接的承载力设计计算方法尚无规定.本文分别对壁厚1.5mm以下的S280(屈服强度280 MPa)和LQ550(屈服强度550 MPa)冷轧钢板与螺钉连接形成的试件进行了抗剪性能试验,用以验证现行规范GB 50018—2002对壁厚1.5 mm以下钢板以及高强钢材螺钉连接抗剪承载力设计计算方法的适用性. 1 试验总结 1.1 试件类型及数量 本文进行了149个单剪形式的钢板钢板螺钉连接试件的抗剪性能试验.钢板包含两种等级,分别为S280和LQ550牌号,钢板壁厚均在1.0 mm以下. 对于S280钢板螺钉连接试件,其钢板壁厚为1.0mm,宽度分为45,60,80 mm三种;通过P/W8×13型号(公称直径4.2mm,长度13mm)的螺钉与钢板连接,螺钉均不带垫圈;螺钉排列方式分为横排、纵排、混合排三种;共采用七种螺钉间距,包括3d,4d,5d,7d,10d,15d,20d(d表示螺钉公称直径);三种端距,包括2d,3d,4d;边距均大于1.5d.对于LQ550钢板螺钉连接试件,其钢板壁厚分为1.00,0.75,0.60,0.48mm四种,宽度均为50mm;试验采用五种型号的螺钉,其排列方式分为横排、纵排两种;采用三种螺钉间距,包括3d,4d,6d;三种端距,包括3d,4d,6d;边距均大于1.5d. 试件编号采用“SC2 A2B50 4d L 1”的形式,其中,“SC2”中,“SC”表示螺钉,“2”表示螺钉数目;“A2B50”中,“A”表示钉尖侧钢板(按照钢板壁厚由大到小的顺序,将其分别以“A”,“B”,“C”,“D”表示,见表1),“2”表示螺钉型号(试件所用不同型号的螺钉,分别以“1”,“2”,“3”,“4”,“5”,“6”表示,见表2),“B”表示钉头侧钢板(根据规范GB 50018—2002,钉尖侧钢板厚度不小于钉头侧钢板厚度),50表示钢板宽度为50 mm;“4d”表示螺钉间距(若试件中只有一颗螺钉,则表示螺钉端距),“L”表示螺钉纵向排列(“T”表示螺钉横向排列,“I”表示螺钉混合排列),“1”表示重复试件编号. 采用CSS 44100型电子万能试验机进行试验,试验装置如图1所示.钢板材性数据见表1. 1.2 试验结果的破坏模式 螺钉抗剪连接的破坏模式主要有以下四种:螺钉斜拔、孔壁承压或撕裂、钢板净截面拉断以及螺钉剪断破坏.试验中,试件的破坏模式或是其中一种,或是几种破坏模式的组合.根据试验结果,本文将149个螺钉连接试件的破坏模式主要归为三类. 1.2.1 螺钉斜拔破坏模式 加载初期,钢板孔壁承压,螺钉受剪;随着荷载逐渐增大,孔壁承压变形,钢板发生错动,同时螺钉开始微微倾斜;荷载继续增加,螺钉倾斜角增大,并且在外力作用下逐渐滑脱钢板,同时钢板圆孔被拉长(部分试件的钢板孔壁被撕裂),板端或板侧发生翘起,最终螺钉被拔出,试件破坏(见图2).对于沿受力方向有多颗螺钉的试件,总是距离板端最近的螺钉最先被拔出,然后内侧螺钉逐渐被拔出.螺钉被斜拔出是受到拉、剪共同作用的结果,螺钉斜拔是一种较普遍的破坏模式.本文149个试件中,共有106个试件发生螺钉斜拔破坏. 1.2.2 净截面破坏模式 加载前期,试件基本完好;随着荷载增大,孔壁承压变形,而后钢板在孔壁处发生撕裂,且裂缝不断向两侧延伸,最终裂缝贯穿整个截面.发生该破坏模式的试件沿受力方向均含有多颗螺钉,净截面破坏的位置均发生在钢板端部最近的一排螺钉处,且发生净截面破坏的钢板总为钉尖侧钢板(见图3). 1.2.3 剪切