第47卷第6期 建筑结构 Vol.47 No.6 2017年3月下 Building Structure Mar.2017 新型单边全螺栓连接螺栓抗拉承载力影响 因素研究 李望芝，何明胜，贺泽锋，刘礼 (石河子大学水利建筑工程学院，石河子832003， [摘要】新型单边全螺栓梁柱节点连接方式能够方便地将方形钢管柱与H型钢梁进行连接，其连接方式的不同 也决定了其抗拉承载力的影响因素的不同。为了研究矩形钢管柱与H型钢梁采用新型单边全螺栓连接对螺栓 限抗拉承载力的影响，对15组方钢管试件进行螺栓群单向拉伸试验，并对贴板厚度，连接螺栓个数、管壁强度以及 方钢管截面尺寸等影响因素进行了分析，为研究影响螺栓抗拉承载力的因素提供了可靠的试验理论依据。研究 果表明：管壁和贴板强度对螺栓抗拉极限承载力影响最大，贴板厚度影响相对较小，单个螺栓极限抗拉承载力将随 着连接螺栓数增多而有所下降 [关键词] 新型单边全螺伦：极限抗拉承我：贴板厚度：螺栓个数：管壁强度：截面尺寸 中图分类号：T39 文献标识码：A 文章编号：1002-848X(2017)060029-00 Research on infuence factors for tensile bearing capacity of bolt adopted new ingle side full bolt connection Li Wangzhi,He Mingsheng.He Zefeng,Liu Li sili83003Cina and the Hha of the utima of the bolt. hat the wall and flitch ha the the ultir of the bolt the Keywo ds:ne tube wall stren ize 0 引言 个十字形组合节点在负弯矩作用下的静力试验，研 轻钢结构配合生态复合墙板是一种抗霉性能 究了组合梁部分抗剪连接对组合平齐端板节点性能 好、绿色环保的结构形式，其集节能抗需一体化的同 的影响。王静峰等周采用hollobolt螺栓讲行两组共 时，也实现 “房屋工厂化、生产标准化、现场装配化 8个钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点试 兵团城镇化建设地点大多是较为偏远的团场小城 件的低周反复加载试验，研究了端板厚度、端板 镇，一般房屋层数不超过5层，因此该种结构的特点 型、柱截面类型和螺栓锚固构造对节点破坏形态和 非常话合新语兵团城镇化球设。在对以往的诸如美 抗表性能的形润。 国Northridge 地震、日本版神地震和中国台湾2， 梁柱节点有多种形式，国内外研究多侧重在H 地震等的震害研究中发现，轻钢结构的破坏大多发 型钢梁和H型钢柱的连接上例，对于H型钢梁和矩 生在节点上，故国内外研究人员主要针对其连接节 形钢管柱的连接研究则很少。H型钢截面在两个 点抗震性能进行研究【。 轴方向刚度相差较大，存在弱轴，用作柱子不经 Fmne等采用技术，进行了2 个 济，冷弯矩形方钢管截面模量较大，同时两个主 边螺栓端板连接钢管混凝土柱钢梁节点的单调加 轴方向刚度相同，采用矩形钢管柱不仅可以减少用 载试验，研究了节点的力学性能和破坏模式。【h 等采用Lindapler公司的Hollbolt螺栓，进行了5 1368052 10042017Chin Academic Joumal Electronic Publishing House rights //www.cnki.ne
第 47 卷 第 6 期 2017 年 3 月下 建 筑 结 构 Building Structure Vol． 47 No． 6 Mar． 2017 新型单边全螺栓连接螺栓抗拉承载力影响 因素研究* 李望芝， 何明胜， 贺泽锋， 刘 礼 ( 石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832003) ［摘要］ 新型单边全螺栓梁柱节点连接方式能够方便地将方形钢管柱与 H 型钢梁进行连接，其连接方式的不同 也决定了其抗拉承载力的影响因素的不同。为了研究矩形钢管柱与 H 型钢梁采用新型单边全螺栓连接对螺栓极 限抗拉承载力的影响，对 15 组方钢管试件进行螺栓群单向拉伸试验，并对贴板厚度、连接螺栓个数、管壁强度以及 方钢管截面尺寸等影响因素进行了分析，为研究影响螺栓抗拉承载力的因素提供了可靠的试验理论依据。研究结 果表明: 管壁和贴板强度对螺栓抗拉极限承载力影响最大，贴板厚度影响相对较小，单个螺栓极限抗拉承载力将随 着连接螺栓数增多而有所下降。 ［关键词］ 新型单边全螺栓; 极限抗拉承载力; 贴板厚度; 螺栓个数; 管壁强度; 截面尺寸 中图分类号: TU391 文献标识码: A 文章编号: 1002-848X( 2017) 06-0029-06 Ｒesearch on influence factors for tensile bearing capacity of bolt adopted new single-side full bolt connection Li Wangzhi，He Mingsheng，He Zefeng，Liu Li ( College of Water Conservancy＆Architectural Engineering，Shihezi University，Shihezi 832003，China) Abstract: It is convenient to connect the square steel column and the H-shape steel beam with new single-side full bolt joints． The different connection type decides the different influence factor for the tensile bearing capacity of bolts． In order to study the influence of the connection type above on the ultimate tensile bearing capacity of bolt，uniaxial tensile test of bolt group was carried out for fifteen square steel tubular specimens． Influencing factors were analyzed including flitch thickness，connection bolt number，tube wall strength and section size of square steel tube，which put forward a reliable experimental theory basis for studying the influence factors of the ultimate tensile bearing capacity of the bolt． Ｒesults show that the strength of the tube wall and flitch has the greatest impact on the ultimate tensile bearing capacity of the bolt，the impact of flitch thickness is relatively smaller，and the ultimate tensile strength of a single bolt decreases with the increase of the number of bolts． Keywords: new single-side full bolt; ultimate tensile bearing capacity; flitch thickness; bolt number; tube wall strength; section size * 国家自然科学基金资助项目( 51368052) 。 作者简介: 李望芝，硕士研究生，Email: 13029617796@ 163． com。 0 引言 轻钢结构配合生态复合墙板是一种抗震性能 好、绿色环保的结构形式，其集节能抗震一体化的同 时，也实现了房屋工厂化、生产标准化、现场装配化。 兵团城镇化建设地点大多是较为偏远的团场小城 镇，一般房屋层数不超过 5 层，因此该种结构的特点 非常适合新疆兵团城镇化建设。在对以往的诸如美 国 Northridge 地震、日本阪神地震和中国台湾 921 地震等的震害研究中发现，轻钢结构的破坏大多发 生在节点上，故国内外研究人员主要针对其连接节 点抗震性能进行研究［1-5］。 France 等［6］采用 Flowdrill 技术，进行了 26 个单 边螺栓端板连接钢管混凝土柱-钢梁节点的单调加 载试验，研究了节点的力学性能和破坏模式。Loh 等［7］采用 Lindapter 公司的 Hollbolt 螺栓，进行了 5 个十字形组合节点在负弯矩作用下的静力试验，研 究了组合梁部分抗剪连接对组合平齐端板节点性能 的影响。王静峰等［8］采用 hollobolt 螺栓进行两组共 8 个钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点试 件的低周反复加载试验，研究了端板厚度、端板类 型、柱截面类型和螺栓锚固构造对节点破坏形态和 抗震性能的影响。 梁柱节点有多种形式，国内外研究多侧重在 H 型钢梁和 H 型钢柱的连接上［9］，对于 H 型钢梁和矩 形钢管柱的连接研究则很少。H 型钢截面在两个主 轴方向 刚 度 相 差 较 大，存 在 弱 轴，用 作 柱 子 不 经 济［10］，冷弯矩形方钢管截面模量较大，同时两个主 轴方向刚度相同，采用矩形钢管柱不仅可以减少用
30 建筑结构 2017年 量，而且便于构建美观的室内环境)，因此更适 式进行对接，焊缝采用50系列焊条施焊，焊脚尺 用 建筑结构 目前已有的H形梁和矩形钢管 为10mm,焊接处的焊缝等级达到2级标准。 柱的连接形式大多是采用焊接，这不仅会减慢施工 有连接螺栓均采用10.9级M20摩擦型高强螺栓 讲度，而且在现场施想施工质量也较难得到保证。 试件设计满足《钢结构设计趣范》(GB50017- 本课题组主要针对这一司题，提出方钢管柱与H型 2003)关于螺栓连接的构造要求的规定 钢梁采用新型全螺栓连接方式的轻钢结构（图 方钢 ):即首先将贴板四面围焊于柱壁，在其上钻孔叉 丝，然后通过瑞板连接梁与柱，此时螺杆直接与柱 壁和贴板上的独扣连接，柱壁和贴板就共同充当 了螺母。该种梁柱连接方式不但可把矩形钢管柱 与钢梁连接设置为全螺栓连接，还可用于各种截 面的轻钢结构的全螺栓连接。 课题组前期已经对 此种新型连接方式下，螺栓的受力特性以及承载 a)试件XG-1-XG9 b)试件DG-lDG- 力性能讲行了拉深入的研究。试验表明，螺栓自 径和组合板板厚是影响新型全蝶栓连接承载力的 图2试件尺寸 重要因素。随着板厚增加，螺栓承载力逐渐增加 表1 当组合板厚达到 16mm时，对于M20高强螺栓，蝴 试件习材料 件基本参 栓承载力趋于稳定， 0235 350x350×10×10 330×330× 在研究中本课顾组发现，新型全螺栓连接错 点的抗拉承载力不仅与螺栓直径、螺栓杆的承载 DG- 345 1350×350×10×1 330×330x 力有关，还与螺栓个数、管壁强度以及方钢管截面 345 0×10×1 30×330×1 尺寸等有关 因此，本文设计不同规格的15组方 235 200×200×8× 0×330× 钢管试件，均采用新型全螺栓连接，根据螺栓群在受 到单向拉力作用下的破坏形态以及极限抗拉承载 XG4 00x200x8x 0330x 力，给出螺栓抗粒承载力的影响因素，以期为今后推 0×200 ×330×1 导新型全螺栓连接形式下螺栓的抗拉承载力公式的 研究提供一定的依据和借鉴。 00×200×8× 80×330×8 04 200 33010 1.2材料力学性能分析 所有试件中除螺栓外方钢管及对应贴板材料均 由0235B和0345B钢材制成，按照《金属材料室温 拉伸试验方法(GB/T228一2002)制作材性试验试 )矩形闲管柱与H型全螺控莲接 新型单边全螺栓节点 样，并在石河子大学材料力学实验室万能试验机上 进行相应的单向拉伸试验，材性试验结果见表2 图1矩形钢管柱与H型钢梁全螺栓连接 10.9级摩擦型高强螺栓的材料性能参照厂家提供 及新型单边全螺栓节点 数据，见表3。 试验概况 特伸姓试哈结理 1.1试件设计及制作 本次试验设计了两种不同规格方钢管，截面尺 寸分别为☐200×200×8×8（试件编号XC1-XG 0345B205 0.80400176266 9).350×350×10×10(试件编号DC -DG-6 高度均为350mm,见图2。所有试件均由0235B与 高强螺栓材性 表3 Q345B两种材料制作而成，具体试件编号及对应贴 材料弹性枝量屈 强度抗拉强度屈应变极限应变 板尺寸见表1，试件与对应贴板采取四周围焊的方 10 9701000051001 1994-2017China Academic Joumal Electronic Publishing House rights served http://www.cnki.ne
建 筑 结 构 2017 年 钢量，而且便于构建美观的室内环境［11］，因此更适 合用于建筑结构。目前已有的 H 形梁和矩形钢管 柱的连接形式大多是采用焊接，这不仅会减慢施工 进度，而且在现场施焊施工质量也较难得到保证。 本课题组主要针对这一问题，提出方钢管柱与 H 型 钢梁采用新型全螺栓连接方式的轻钢结构 ( 图 1) : 即首先将贴板四面围焊于柱壁，在其上钻孔攻 丝，然后通过端板连接梁与柱，此时螺杆直接与柱 壁和贴板上的丝扣连接，柱壁和贴板就共同充当 了螺母。该种梁柱连接方式不但可把矩形钢管柱 与钢梁连接设置为全螺栓连接，还可用于各种截 面的轻钢结构的全螺栓连接。课题组前期已经对 此种新型连接方式下，螺栓的受力特性以及承载 力性能进行了较深入的研究。试验表明，螺栓直 径和组合板板厚是影响新型全螺栓连接承载力的 重要因素。随着板厚增加，螺栓承载力逐渐增加， 当组合板厚达到 16mm 时，对于 M20 高强螺栓，螺 栓承载力趋于稳定。 在研究中本课题组发现，新型全螺栓连接节 点的抗拉承载力不仅与螺栓直径、螺栓杆的承载 力有关，还与螺栓个数、管壁强度以及方钢管截面 尺寸等有关。因此，本文设计不同规格的 15 组方 钢管试件，均采用新型全螺栓连接，根据螺栓群在受 到单向拉力作用下的破坏形态以及极限抗拉承载 力，给出螺栓抗拉承载力的影响因素，以期为今后推 导新型全螺栓连接形式下螺栓的抗拉承载力公式的 研究提供一定的依据和借鉴。 图 1 矩形钢管柱与 H 型钢梁全螺栓连接 及新型单边全螺栓节点 1 试验概况 1. 1 试件设计及制作 本次试验设计了两种不同规格方钢管，截面尺 寸分别为□200 × 200 × 8 × 8( 试件编号 XG-1 ～ XG- 9) 、□350 × 350 × 10 × 10( 试件编号 DG-1 ～ DG-6) ， 高度均为 350mm，见图 2。所有试件均由 Q235B 与 Q345B 两种材料制作而成，具体试件编号及对应贴 板尺寸见表 1，试件与对应贴板采取四周围焊的方 式进行对接，焊缝采用 E50 系列焊条施焊，焊脚尺 寸为 10mm，焊接处的焊缝等级达到 2 级标准。所 有连接螺栓均采用 10. 9 级 M20 摩擦型高强螺栓， 试件设 计 满 足《钢结构设计规范》( GB 50017— 2003) 关于螺栓连接的构造要求的规定。 图 2 试件尺寸 试件基本参数 表 1 试件编号 材料 试件尺寸/mm 贴板尺寸/mm 螺栓个数 DG-1 Q235B □350 × 350 × 10 × 10 330 × 330 × 8 2 DG-2 Q235B □350 × 350 × 10 × 10 330 × 330 × 10 2 DG-3 Q235B □350 × 350 × 10 × 10 330 × 330 × 12 2 DG-4 Q345B □350 × 350 × 10 × 10 330 × 330 × 8 2 DG-5 Q345B □350 × 350 × 10 × 10 330 × 330 × 10 2 DG-6 Q345B □350 × 350 × 10 × 10 330 × 330 × 12 2 XG-1 Q235B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 8 2 XG-2 Q235B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 10 2 XG-3 Q235B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 12 2 XG-4 Q345B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 8 2 XG-5 Q345B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 10 2 XG-6 Q345B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 12 2 XG-7 Q345B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 8 4 XG-8 Q345B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 10 4 XG-9 Q345B □200 × 200 × 8 × 8 180 × 330 × 12 4 1. 2 材料力学性能分析 所有试件中除螺栓外方钢管及对应贴板材料均 由 Q235B 和 Q345B 钢材制成，按照《金属材料 室温 拉伸试验方法》( GB /T 228—2002) 制作材性试验试 样，并在石河子大学材料力学实验室万能试验机上 进行相应的单向拉伸试验，材性试验结果见表 2。 10. 9 级摩擦型高强螺栓的材料性能参照厂家提供 数据，见表 3。 拉伸试件试验结果 表 2 材料 种类 弹性模量 E/GPa 屈服强度 fy /MPa 抗拉强度 fu /MPa 屈服应变 εy 伸长率 ( ΔL / L) /% Q235B 202 263. 2 445. 1 0. 001 31 27. 3 Q345B 205 360. 8 590. 4 0. 001 76 26. 6 高强螺栓材性 表 3 材料 种类 弹性模量 E/GPa 屈服强度 fy /MPa 抗拉强度 fu /MPa 屈服应变 εy 极限应变 εu 螺栓 190 970 1 040 0. 005 10 0. 1 03
第47卷第6期 李望芝，等。新型单边全螺栓连接螺栓抗拉承载力影响因素研究 31 13加载装置与加载制度 四周管壁应变值为1900μ左右，此时观察试验现 试验加载装置见图 木次试验采用人工扭转 象，发现管壁上下口与装置前承压板分离2mm;加 定制配套扳手进行加载，考虑到人力有限，前12组 载至300kN时拉力达到极限不再增加，继续加载 试件用两个高强螺栓进行连接，后三组试件用四个 连接摆栓与管壁分离1.3cm.出时拉力急剧隆低，隐 螺栓连接。加载前用电子扭力矩板手对螺栓施加 止加载：试件DG3在拉力达到225kN时.管壁应变 170kN预拉力，参照《钢结构工程施工质量验收规 值为2450μe左右：加载至345kN时拉力达到极限 范(GB 2001),所有数据采集采用日本东 不再增加，继续加载，管壁上下口与装置前承压板分 京测器研究所生产的TDS530系统记录。 离1.3cm,此时拉力急剧降低，停止加我。接下来的 4 9组两蝶栓连接试验，现象基本相同，破坏形态见图 5,四个螺栓连接的试件DG了在拉力达到180kN 时，应变片数值显示螺栓孔四周管壁应变值为 2020μe左右，此时观察试验现象，发现管壁上下 与装置前承压板，加载至275kN时，方钢管中下侧 贴边与管壁焊缝发生撕裂，裂缝随着拉力的增大而 图3试验加载装置 逐渐变大，加载至300kN左右时，拉力达到极限不 整个试验过程采用力控制，初始加载从0k、开 再增加，继续加载，听见“嘭”的一声，螺栓丝扣破坏 始，拉力每增加15kN,进行一次数据采集。出现下 列情况之一即认为试验达到了极限状态：管壁破坏 螺栓被拉断：螺栓与管壁发生大幅度相对滑动或蝴 栓被彻底从管壁中拉出。 1.4测点布置及测量内容 试件DC1~DG6:在管壁内侧距两个螺栓孔上 下左右5m处各布置一个应变片，用来测量螺栓有 (a)试件D -I-DG- 四周管壁在受力过程中的屈服情况， 左右两边管 中心各布置 一个应变片，用来测量前后管壁在受 过程中拉力对两侧管壁造成的影响。两个螺栓孔中 间间隔3m领外布置3个应变片，用来测量受拉管 壁的整体屈服情祝。试验布置3个位移计，其中两 个项在螺栓拧紧后伸出管内的螺杆上，用来测量螺 栓受拉过程中与管壁分离产生的位移。 另 个位花 (c)试件X 计项在有螺栓孔的管壁中心，用来测量试验过程中 管壁弯曲产生的位移。试件XG-XG9:由于此却 4 测点布置 格方钢管内空间狭小，取消位移计的设置，有螺栓孔 的管壁只在两个螺栓孔中间设置一个应变片，其余 部分与 规格方钢管相同，详细布置见图4 试验结果及分析 2.1试验结果 按照上述试验方案，对各组试件进行加载，得到 b)螺栓孔周管壁酸 一组试验结果.其中试件DGH在拉力达到135kN 时，应变片数值显示螺栓孔四周管壁应变值为 1830μ左右，此时观察试验现象，发现管壁上下口 与装置前承压板分离4mm:加载至240kN时，拉力 达到极限不再增加，继续加载，听见“嘭”的一声，两 个连接螺栓同时被拉出1.2m.此时力值急刷降低 (©)方闲管贴顿与管壁焊结斯裂 @螺栓螺纹破坏 停止加载：试件DC2在拉力达到195kN时，螺栓孔 图5试件破坏情况 1994-2017China Academic Jou al Electronic Publishing House All rights ve http://www.cnki.ne
第 47 卷 第 6 期 李望芝，等． 新型单边全螺栓连接螺栓抗拉承载力影响因素研究 1. 3 加载装置与加载制度 试验加载装置见图 3。本次试验采用人工扭转 定制配套扳手进行加载，考虑到人力有限，前 12 组 试件用两个高强螺栓进行连接，后三组试件用四个 螺栓连接。加载前用电子扭力矩扳手对螺栓施加 170kN 预拉力，参照《钢结构工程施工质量验收规 范》( GB 50205—2001) ，所有数据采集采用日本东 京测器研究所生产的 TDS-530 系统记录。 图 3 试验加载装置 整个试验过程采用力控制，初始加载从 0kN 开 始，拉力每增加 15kN，进行一次数据采集。出现下 列情况之一即认为试验达到了极限状态: 管壁破坏; 螺栓被拉断; 螺栓与管壁发生大幅度相对滑动或螺 栓被彻底从管壁中拉出。 1. 4 测点布置及测量内容 试件 DG-1 ～ DG-6: 在管壁内侧距两个螺栓孔上 下左右 5mm 处各布置一个应变片，用来测量螺栓孔 四周管壁在受力过程中的屈服情况。左右两边管壁 中心各布置一个应变片，用来测量前后管壁在受拉 过程中拉力对两侧管壁造成的影响。两个螺栓孔中 间间隔 3cm 额外布置 3 个应变片，用来测量受拉管 壁的整体屈服情况。试验布置 3 个位移计，其中两 个顶在螺栓拧紧后伸出管内的螺杆上，用来测量螺 栓受拉过程中与管壁分离产生的位移。另一个位移 计顶在有螺栓孔的管壁中心，用来测量试验过程中， 管壁弯曲产生的位移。试件 XG-1 ～ XG-9: 由于此规 格方钢管内空间狭小，取消位移计的设置，有螺栓孔 的管壁只在两个螺栓孔中间设置一个应变片，其余 部分与 DG 规格方钢管相同，详细布置见图 4。 2 试验结果及分析 2. 1 试验结果 按照上述试验方案，对各组试件进行加载，得到 一组试验结果，其中试件 DG-1 在拉力达到 135kN 时，应变片数值显示螺栓孔四周管壁应变值为 1 830με 左右，此时观察试验现象，发现管壁上下口 与装置前承压板分离 4mm; 加载至 240kN 时，拉力 达到极限不再增加，继续加载，听见“嘭”的一声，两 个连接螺栓同时被拉出 1. 2cm，此时力值急剧降低， 停止加载; 试件 DG-2 在拉力达到 195kN 时，螺栓孔 四周管壁应变值为 1 900με 左右，此时观察试验现 象，发现管壁上下口与装置前承压板分离 2mm; 加 载至 300kN 时拉力达到极限不再增加，继续加载， 连接螺栓与管壁分离 1. 3cm，此时拉力急剧降低，停 止加载; 试件 DG-3 在拉力达到 225kN 时，管壁应变 值为 2 450με 左右; 加载至 345kN 时拉力达到极限 不再增加，继续加载，管壁上下口与装置前承压板分 离 1. 3cm，此时拉力急剧降低，停止加载。接下来的 9 组两螺栓连接试验，现象基本相同，破坏形态见图 5。四个螺栓连接的试件 DG-7 在拉力达到 180kN 时，应变片数值显示螺栓孔四周管壁应变值为 2 020με 左右，此时观察试验现象，发现管壁上下口 与装置前承压板，加载至 275kN 时，方钢管中下侧 贴边与管壁焊缝发生撕裂，裂缝随着拉力的增大而 逐渐变大，加载至 300kN 左右时，拉力达到极限不 再增加，继续加载，听见“嘭”的一声，螺栓丝扣破坏 图 4 测点布置图 图 5 试件破坏情况 13
32 建筑结构 2017年 并被拔出一定的距离，接下来的2组四螺栓连接试 螺栓孔的距离较近，孔之间的钢板面积较小，螺栓受 验现象基 与此相 ,破坏形态见图5 。试件XG 拉时，孔之间的钢板庄 受两个螺栓拉力影响更 -XG6中螺栓孔四周管壁屈服时的单个螺栓的拉 易屈服，因此承载力更低。同理，当方钢管截面尺寸 力与单个螺栓的极限抗拉承载力见表4。 较大时，摆栓受特对钗板影响范围有限，摆孔之间钢 2.2试哈分析 板不受两个螺栓拉力影响，屈服范围仅限于每个螺 2.2.1方钢管截面尺寸及贴板厚度影响 国，因此承载力相对较高。当然，应该存有 从图6与图7以及表4可以看出，极限抗拉承 截面界限，当方钢管截面尺寸达到 “定数值时或者 载力和单个螺栓极限抗拉承载力随着贴板厚度的增 螺栓孔横向间距达到一定数值时，螺栓拉力不互相 加而增大。 赞乡向。 8288-8X8-8 在截面尺寸相同情况下.0345B材质的螺栓承 载力要大于Q235B材质的螺栓承载力 当方钢管 截面尺寸为☐350×350×10 ×10时，Q345B材质的 螺栓抗拉强度比Q235B材质增大了26%~49%：当 方钢管载面尺寸为■200×200×8×8时.0345B材 质的螺栓抗拉强度比0235B材质增大了7.5% 图6贴板厚度与极限抗拉承我力关系 18%。由上述结果可以看出，截面尺寸为口350× +88B8p82上8380 350×10×10的柱，其螺栓承我力增幅要远大于 面尺寸为☐200×200×8×8的柱。这说明方钢管 及贴板的材质对该结构形式螺栓的承载力具有很大 影响，柱壁强度越高，屈服点越高，蝶栓承载力越高 随者壁厚增加，增加幅度逐渐减小 说明螺栓承载力 贴长厚度am 由柱壁（螺帽）破坏逐渐向螺杆破坏转换 图7贴板厚度与单个螺栓极限抗拉承载力关系 2.2.2螺栓个数影响 由图8,9可以得出，贴板厚度一定时，极限抗拉 相关拉力值 表4 承载力随着螺栓个数的增加而增大，单个摆栓的极 单个螺栓极限 机拉球驾 限抗拉承载力随着螺栓个数的增加而减小：两个螺 298.40 19.2 栓时的单个螺栓极限承载力比4个螺栓时增 15%~30%。从图2可以看出，螺栓纵向间距仅为 90mm,因此当螺栓孔距离较近时，螺栓受拉使得孔 202.78 周围板的屈假互相影响，降低单个螺栓承载力。从 上述分析可以得出，孔间距离对单个螺栓极限承较 194.88 97.445 力有较大影响，这是后期需要研究的方面 2.2.3宽厚比影响 209.30 104.652 从图10,11可以得出，当方钢管截面尺寸为 350mm时，栓极限抗拉承载力随着窗厚比的减小 XG8 339.342 8.8 而增大。 当宽厚比由19.4减小到17.5和15.9 时，与宽厚比19.4比较，对于Q235B钢材，螺栓手 XC 373.686 93.42 载力分别增大了24.2%和43.7%，对于Q345B钢 材质相同，方钢管柱酸面越大，螺栓承载力越 材，螺栓承载力分别增大了12.8%和21.2%。 高。当材质为0235B时.截面尺寸为口350×350× 从图12,13以及表4可以得出，当方钢管截面 ×10方钢管的螺栓承载力比200mm方钢管增大 为200mm时，螺栓极限抗拉承载力随着宽厚比的减 3% ~53%;当材质为Q345B时，350mm方钢管的 小而增大。当宽厚比由12.5减小到11.1和10时 螺栓承载力比200mm方钢管增大68%~83%。存 与宽厚比19.44比较，对于Q235B钢材，螺栓承载 在上述情况的原因，笔者认为该结构形式是以方都 力分别增大了17.5%和45.5%，对于Q345B钢材， 管柱壁作为螺栓的螺帽，当方钢管截面较小时，两排 螺栓承载力分别增大了6.6%和31.6%。 1994-2017China Aeademic Joumal Electronic Publishing House All rightsr www.cnki.ne
建 筑 结 构 2017 年 并被拔出一定的距离，接下来的 2 组四螺栓连接试 验现象基本与此相同，破坏形态见图 5。试件 XG-1 ～ XG-6 中螺栓孔四周管壁屈服时的单个螺栓的拉 力与单个螺栓的极限抗拉承载力见表 4。 2. 2 试验分析 2. 2. 1 方钢管截面尺寸及贴板厚度影响 从图 6 与图 7 以及表 4 可以看出，极限抗拉承 载力和单个螺栓极限抗拉承载力随着贴板厚度的增 加而增大。 图 6 贴板厚度与极限抗拉承载力关系 图 7 贴板厚度与单个螺栓极限抗拉承载力关系 相关拉力值 表 4 试件 编号 螺栓 数/个 螺栓总的极限 抗拉承载力/ kN 单个螺栓极限 抗拉承载力/ kN DG-1 2 240. 570 120. 285 DG-2 2 298. 404 149. 202 DG-3 2 345. 708 172. 854 DG-4 2 359. 964 179. 982 DG-5 2 405. 572 202. 786 DG-6 2 435. 132 217. 566 XG-1 2 165. 240 82. 620 XG-2 2 194. 886 97. 443 XG-3 2 240. 570 120. 285 XG-4 2 196. 668 98. 334 XG-5 2 209. 303 104. 652 XG-6 2 258. 552 129. 276 XG-7 4 300. 834 75. 209 XG-8 4 339. 342 84. 836 XG-9 4 373. 686 93. 422 材质相同，方钢管柱截面越大，螺栓承载力越 高。当材质为 Q235B 时，截面尺寸为□350 × 350 × 10 × 10 方钢管的螺栓承载力比 200mm 方钢管增大 43% ～ 53% ; 当材质为 Q345B 时，350mm 方钢管的 螺栓承载力比 200mm 方钢管增大 68% ～ 83% 。存 在上述情况的原因，笔者认为该结构形式是以方钢 管柱壁作为螺栓的螺帽，当方钢管截面较小时，两排 螺栓孔的距离较近，孔之间的钢板面积较小，螺栓受 拉时，孔之间的钢板由于受两个螺栓拉力影响更容 易屈服，因此承载力更低。同理，当方钢管截面尺寸 较大时，螺栓受拉对钢板影响范围有限，螺孔之间钢 板不受两个螺栓拉力影响，屈服范围仅限于每个螺 栓周围，因此承载力相对较高。当然，应该存在一个 截面界限，当方钢管截面尺寸达到一定数值时或者 螺栓孔横向间距达到一定数值时，螺栓拉力不互相 影响。 在截面尺寸相同情况下，Q345B 材质的螺栓承 载力要大于 Q235B 材质的螺栓承载力。当方钢管 截面尺寸为□350 × 350 × 10 × 10 时，Q345B 材质的 螺栓抗拉强度比 Q235B 材质增大了 26% ～ 49% ; 当 方钢管截面尺寸为□200 × 200 × 8 × 8 时，Q345B 材 质的螺栓抗拉强度比 Q235B 材质增大了 7. 5% ～ 18% 。由上述结果可以看出，截面尺寸为□350 × 350 × 10 × 10 的柱，其螺栓承载力增幅要远大于截 面尺寸为□200 × 200 × 8 × 8 的柱。这说明方钢管 及贴板的材质对该结构形式螺栓的承载力具有很大 影响，柱壁强度越高，屈服点越高，螺栓承载力越高。 随着壁厚增加，增加幅度逐渐减小，说明螺栓承载力 由柱壁( 螺帽) 破坏逐渐向螺杆破坏转换。 2. 2. 2 螺栓个数影响 由图 8，9 可以得出，贴板厚度一定时，极限抗拉 承载力随着螺栓个数的增加而增大，单个螺栓的极 限抗拉承载力随着螺栓个数的增加而减小; 两个螺 栓时的单个螺栓极限承载力比 4 个 螺 栓 时 增 大 15% ～ 30% 。从图 2 可以看出，螺栓纵向间距仅为 90mm，因此当螺栓孔距离较近时，螺栓受拉使得孔 周围板的屈服互相影响，降低单个螺栓承载力。从 上述分析可以得出，孔间距离对单个螺栓极限承载 力有较大影响，这是后期需要研究的方面。 2. 2. 3 宽厚比影响 从图 10，11 可以得出，当方钢管截面尺寸为 350mm 时，螺栓极限抗拉承载力随着宽厚比的减小 而增大。当宽厚比由 19. 44 减小到 17. 5 和 15. 9 时，与宽厚比 19. 44 比较，对于 Q235B 钢材，螺栓承 载力分别增大了 24. 2% 和 43. 7% ，对于 Q345B 钢 材，螺栓承载力分别增大了 12. 8% 和 21. 2% 。 从图 12，13 以及表 4 可以得出，当方钢管截面 为 200mm 时，螺栓极限抗拉承载力随着宽厚比的减 小而增大。当宽厚比由 12. 5 减小到 11. 1 和 10 时， 与宽厚比 19. 44 比较，对于 Q235B 钢材，螺栓承载 力分别增大了 17. 5% 和 45. 5% ，对于 Q345B 钢材， 螺栓承载力分别增大了 6. 6% 和 31. 6% 。 23
第47卷第6期 李望芝，等.新型单边全螺栓连接螺栓抗拉承载力影响因素研究 33 00 16 蜗栓数个 螺栓数 图8螺栓个数与极限抗拉 图9螺栓个数与单个螺栓极限 图10试件DG~DG6宽厚比与 乐找力关系 抗拉承找力关系 极限抗拉承找力关系 250 系150 ￥100 16 老厚 9 lo 13 14 图11试件XG1-XG6宽厚比与 图12试件DGH~DG6宽厚比与单个图13试件XG1-XC9宽厚比与单个 极限抗拉承载力关系 螺栓极限抗拉承载力关系 螺栓极限抗拉承载力关系 上述分析可以得出，宽厚比越小，柱壁越厚 3结论 柱壁的钢材越不容易屈服，并且挠度对承载力影 (1)新型全螺栓连接节点受拉破坏的标志是螺 响也相对减小，因此螺栓承载力越大。但饬若窗 栓承载力降低从螺栓孔拉出一段距离并伴随者 厚比的减小，Q345B材质的螺栓承载力增加幅度 “嘭”的声音，管壁螺栓孔屈服。 相对于Q235B要小，这主要因为螺栓承载力与 (2)新型全螺栓连接的螺栓群的极限抗拉承载 壁强度及厚度相关，柱壁强度越低需要的柱壁厚 力大小以及单个螺栓的极限抗拉承载力大小与方钢 度就越大，柱壁强度越高需要的柱壁厚度就越小 管材质、营壁厚度、截面大小、端板厚度、摆栓的个数 当柱壁强度为定值时，柱壁厚度增加到一定数值 等有关。0345B的钢材方钢管比0235B的钢材方 螺栓破坏由柱壁（螺帽）破坏转换为螺杆破坏。 因 钢管螺栓群的极限抗拉承载力以及单个螺栓的极限 此，柱壁强度越低，柱壁厚度对螺栓承载力影响剂 抗拉承载力要大：方钢管螺栓群的极限抗拉承载力 越大。 以及单个螺栓的极限抗拉承载力随着贴板厚度增加 方钢管两侧面中心处的应变值较小且变化不 而增大。但是变化值相比其他的因素影响而言相对 大，可以看出前后管壁在受拉过程中，对两侧管壁造 较小。 成的影响较小。当截面尺寸较大为口350×350×10 3)在相同的截面尺十下.密厚比越大方钢 ×10时，两螺栓中间板部应变较小，故变形较小 螺栓群的极限抗拉承载力以及单个螺栓的极限抗村 螺栓到两螺栓中间板部间的应变随者拉力的增大而 承载力越小：随着螺栓数的增多，单个螺栓的极限抗 增大，而当螺栓拉力接近于将螺栓拉出的最大拉力 拉承载力在减小。 时达到屈最应变且应变值还在不断增加。当截面较 (4)管壁材质强度对螺栓抗拉极限承载力影响 小为口200×200×8×8时，两攀栓中间板部应变在 最大，连接螺栓数对螺栓抗拉极限承载力有较大影 很长一段时间内较小，变形较 当螺栓拉力接 响，贴板厚度影响相对较小 近于将螺栓拉出的最大拉力时达到屈服应变且应变 (5)当螺栓受到拉力，两螺栓距离较近时，由于 值还在不断增加，此时两螺栓中间板部应变也达到 螺栓拉力相互影响而使柱壁较早屈服，并且螺栓 屈服应变且不断增大。由此说明，螺栓孔所处平面 离较近对柱壁的挠曲影响比螺栓拉力对柱壁挠曲影 板的变形是由孔向四周逐渐延伸的过程，由孔部到 响更大。螺栓承载力降低，但总有一个螺孔的合适 两螺栓中部变形逐渐减小 距离，使螺栓受拉时互不影响。 194-2017China Academie Joumal Electronic Publishing House rights reserved http://www.cnki.ne
第 47 卷 第 6 期 李望芝，等． 新型单边全螺栓连接螺栓抗拉承载力影响因素研究 图 8 螺栓个数与极限抗拉 承载力关系 图 9 螺栓个数与单个螺栓极限 抗拉承载力关系 图 10 试件 DG-1 ～ DG-6 宽厚比与 极限抗拉承载力关系 图 11 试件 XG-1 ～ XG-6 宽厚比与 极限抗拉承载力关系 图 12 试件 DG-1 ～ DG-6 宽厚比与单个 螺栓极限抗拉承载力关系 图 13 试件 XG-1 ～ XG-9 宽厚比与单个 螺栓极限抗拉承载力关系 上述分析可以得出，宽厚比越小，柱壁越厚， 柱壁的钢材越不容易屈服，并且挠度对承载力影 响也相对减小，因此螺栓承载力越大。但随着宽 厚比的减小，Q345B 材质的螺栓承载力增加幅度 相对于 Q235B 要小，这主要因为螺栓承载力与柱 壁强度及厚度相关，柱壁强度越低需要的柱壁厚 度就越大，柱壁强度越高需要的柱壁厚度就越小， 当柱壁强度为定值时，柱壁厚度增加到一定数值， 螺栓破坏由柱壁( 螺帽) 破坏转换为螺杆破坏。因 此，柱壁强度越低，柱壁厚度对螺栓承载力影响就 越大。 方钢管两侧面中心处的应变值较小且变化不 大，可以看出前后管壁在受拉过程中，对两侧管壁造 成的影响较小。当截面尺寸较大为□350 × 350 × 10 × 10 时，两螺栓中间板部应变较小，故变形较小。 螺栓到两螺栓中间板部间的应变随着拉力的增大而 增大，而当螺栓拉力接近于将螺栓拉出的最大拉力 时达到屈服应变且应变值还在不断增加。当截面较 小为□200 × 200 × 8 × 8 时，两螺栓中间板部应变在 很长一段时间内较小，变形较小。而当螺栓拉力接 近于将螺栓拉出的最大拉力时达到屈服应变且应变 值还在不断增加，此时两螺栓中间板部应变也达到 屈服应变且不断增大。由此说明，螺栓孔所处平面 板的变形是由孔向四周逐渐延伸的过程，由孔部到 两螺栓中部变形逐渐减小。 3 结论 ( 1) 新型全螺栓连接节点受拉破坏的标志是螺 栓承载力降低从螺栓孔拉出一段距离并伴随着 “嘭”的声音，管壁螺栓孔屈服。 ( 2) 新型全螺栓连接的螺栓群的极限抗拉承载 力大小以及单个螺栓的极限抗拉承载力大小与方钢 管材质、管壁厚度、截面大小、端板厚度、螺栓的个数 等有关。Q345B 的钢材方钢管比 Q235B 的钢材方 钢管螺栓群的极限抗拉承载力以及单个螺栓的极限 抗拉承载力要大; 方钢管螺栓群的极限抗拉承载力 以及单个螺栓的极限抗拉承载力随着贴板厚度增加 而增大。但是变化值相比其他的因素影响而言相对 较小。 ( 3) 在相同的截面尺寸下，宽厚比越大方钢管 螺栓群的极限抗拉承载力以及单个螺栓的极限抗拉 承载力越小; 随着螺栓数的增多，单个螺栓的极限抗 拉承载力在减小。 ( 4) 管壁材质强度对螺栓抗拉极限承载力影响 最大，连接螺栓数对螺栓抗拉极限承载力有较大影 响，贴板厚度影响相对较小。 ( 5) 当螺栓受到拉力，两螺栓距离较近时，由于 螺栓拉力相互影响而使柱壁较早屈服，并且螺栓距 离较近对柱壁的挠曲影响比螺栓拉力对柱壁挠曲影 响更大。螺栓承载力降低，但总有一个螺孔的合适 距离，使螺栓受拉时互不影响。 33
34 建筑结构 2017年 参考文献 [6]FRANCE J E.DAVISION J B.KIRBY P A.Strength and 【1】山TQ,MOORE D B,NETHERCOT D A,Hd.Th asing flowdrill conn ctors ]Joumnal of Constructional experimental behavior of a full-scale,semi-nigid frame:Overall considerations[]] [7]LOH HY.UY B.BRADFORD M A.The effects of partial Joural of Constructional Steel Research.2006.39(3) ection in the hoggi 67491. [2】张艳霞，李瑞，王路遥，等。钢框架梁柱加强与削弱并 用节点抗震性能研究[小.建筑锅结构进展，2014,16 0921926 62233 [8】王静峰，张琳，戴阳.半刚性钢管混凝土框架梁柱端板 【[3】李自林，丁宏毅，薛江.全蝶栓连接隔板贯通的方钢管 车接抗带性能试验哥究[山.土木工程学报，2012,45 混凝土柱钢梁节点抗辰性能试验[小.土木工程学 (11):1321 报，2014,47(7)：636的，78 [9]王燕，刘芸，王鹏，等梁柱刚性连接加强型节点的研 [4】李自林，丁宏毅，张聪。方钢管混凝土柱H型钢聚 结均进.2011.1321：1.32 螺栓隔板贯通式节点弯矩曲率滞回模型研究小.建 筑结构，2015,45(11)：5154,59 D].武汉：武汉理工大学，2005. [5】陈延。节点域对钢框架抗震性能实际影响研究小.建 1】王恒华，曹发恒.H形钢梁与HS柱半刚性连接节点 筑结构，2011,41(2)：256261 的性能研究].建筑利 学.2009.25(5)：2327.40. 键筑结构》征稿启事 应符合国家现行规范和标准：2)插图需清楚，线条粗细分明 希的字母请特 别注 正斜体 图均按 优秀科技 的中文 是中国 ,引用他 品应以 考 中因 库》独家 式明示读 用的 出版 篇，请 文献标准格式 作老 本刊尚未刊出 版物 :国内外科技 文如 并路州 在内 术交流活动以 产品 市场等信息·欢遮 不 将酒报作者 )要求来稿理论和技术观点明确、数据准确可靠、内 开曝 作者须承 审稿、编辑加工、纸张不 如有 吸及其他科研基金资 7)本 ,不再接受变更署名作者、单位 ,请在稿件中加注资助或奖励项目名称。 编号 正式调 素警空应：中英两种奇的品不 件：提供原单位和新单 ，以供本刊留村 关键词以及正文和参 )所有投辞请通过本刊官网 伦文 的结果与结论 在本学科领域已成常 稿件方式)，米稿诗使 式排 与过 件式下安 即可动。 1994-2017China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.htp://www.enkine
建 筑 结 构 2017 年 参 考 文 献 ［1］ LI T Q，MOOＲE D B，NETHEＲCOT D A，et al． The experimental behavior of a full-scale， semi-rigidly connected composite frame: Overall considerations［J］． Journal of Constructional Steel Ｒesearch，2006，39( 3) : 167-191． ［2］ 张艳霞，李瑞，王路遥，等． 钢框架梁柱加强与削弱并 用节点抗震性能研究［J］． 建筑钢结构进展，2014，16 ( 6) : 22-33． ［3］ 李自林，丁宏毅，薛江． 全螺栓连接隔板贯通的方钢管 混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验［J］． 土木工程学 报，2014，47( 7) : 63-69，78． ［4］ 李自林，丁宏毅，张聪． 方钢管混凝土柱-H 型钢梁全 螺栓隔板贯通式节点弯矩-曲率滞回模型研究［J］． 建 筑结构，2015，45( 11) : 51-54，59． ［5］ 陈猛． 节点域对钢框架抗震性能实际影响研究［J］． 建 筑结构，2011，41( S2) : 256-261． ［6］ FＲANCE J E，DAVISION J B，KIＲBY P A． Strength and rotational stiffness of simple connections to tublar-columns using flowdrill connectors ［J］． Journal of Constructional Steel Ｒesearch，1999，50( 1) : 15-34． ［7］ LOH H Y，UY B，BＲADFOＲD M A． The effects of partial shear connection in the hogging moment regions of composite beams，part II-analytical study and design appraisal［J］． Journal of Constructional Steel Ｒesearch， 2004，60( 6) : 921-926． ［8］ 王静峰，张琳，戴阳． 半刚性钢管混凝土框架梁柱端板 连接抗震性能试验研究［J］． 土木工程学报，2012，45 ( 11) : 13-21． ［9］ 王燕，刘芸，王鹏，等． 梁柱刚性连接加强型节点的研 究进展［J］． 建筑钢结构进展，2011，13( 2) : 1-7，32． ［10］ 吴院生． 冷弯方管柱-H 形钢梁节点连接承载力研究 ［D］． 武汉: 武汉理工大学，2005． ［11］ 王恒华，曹发恒． H 形钢梁与 ＲHS 柱半刚性连接节点 的性能研究［J］． 建筑科学，2009，25( 5) : 23-27，40． 《建筑结构》征稿启事 《建筑结构》创刊于 1971 年，是由住房和城乡建设部主 管，亚太建设科技信息研究院( 原建设部科技情报所) 、中国 建筑设计研究院和中国土木工程学会主办的中文核心期刊， 是建设部优秀科技期刊，同时也是中国科技论文统计源期刊 ( 中国科技核心期刊) 、中国科学引文数据库、《中国学术期 刊文摘》等著名数据库检索系统收录的中文科技期刊，是许 可《中国学术期刊网络出版总库》独家出版期刊。报道内容 包括: 工业与民用建筑结构的设计、施工与研究; 房屋改造、 纠偏与加固检测; 工程事故分析与处理; 地基与基础; 工程抗 震、隔震、减震; 结构软件的应用; 各种新技术、新材料的应 用; 规范和规程的修编及背景; 重点工程报道; 国内外科技信 息; 行业技术交流活动以及产品、市场等信息。欢迎广大作 者踊跃投稿。 ( 1) 要求来稿理论和技术观点明确、数据准确可靠、内 容充实、结构严谨、文字简明扼要、通顺易懂。 ( 2) 文章如有获国家级、省( 部) 级及其他科研基金资助 或奖励等情况，请在稿件中加注资助或奖励项目名称及 编号。 ( 3) 来稿内容应包括: 中英两种语言的题目、作者姓名 及单位、摘要、关键词以及正文和参考文献，并请注明第一作 者的学历、学位、职称、职务，Email 等信息。摘要字数要 求在 300 ～ 400 字之间，应包括论文所要实现的目的、采取 的方法、研究的结果与结论，要排除在本学科领域已成常识 的内容，删去背景与过去的研究信息。 ( 4) 正文要求: 1) 文字、科学名词术语和计量单位符号 应符合国家现行规范和标准; 2) 插图需清楚、线条粗细分明、 简洁; 3) 容易混淆的字母请特别注明语种、大小写、正斜体或 黑体、上下角标等; 4) 文中公式、表格、插图均按全文统一编 排序号; 5) 正文标题最多分 3 个层次，依次为 1，1. 1，1. 1. 1。 ( 5) 文责作者自负。引用他人作品应以参考文献等形 式明示读者。常用的专业教科书和规范手册可不列入参考 文献。参考文献不宜超过 10 篇，请按照参考文献标准格式 撰写，并按照在文中引用的先后在顺序在文尾排序。 ( 6) 作者不得一稿两投或多投，对已投至本刊尚未刊出 而在其他公开出版物上发表的稿件，本刊将予以撤消并将相 关情况记录备案。文稿如已在专业会议上宣读、在内部刊物 上发表或以其他文种刊出，作者应在投稿时说明。因作者一 稿多投给刊物造成不良影响，编辑部将通报作者工作单位， 并在刊物上公开曝光。作者须承担审稿、编辑加工、纸张和 印刷等费用，并在刊物上公开致歉。 ( 7) 本刊收到投稿后，不再接受变更署名作者、单位顺 序或增减署名作者、单位等要求。如果有特殊情况，应提供 由初次投稿时全部署名作者亲笔签名致本刊的正式说明函 件; 提供原单位和新单位盖章的正式函，以 供 本 刊 留 档 备查。 ( 8) 所有投稿请通过本刊官网( www． buildingstructure． cn) 上的远程投稿系统操作( 唯一接收稿件方式) ，来稿请使 用 2003 版本 Word 软件严格按本刊格式排版。文稿撰写及 排版要求详见本刊官网( 点击“投稿”＞“稿件版式”，下载 即可) 。 43