高强耐候钢-高强螺栓抗剪连接静力性能及腐蚀影响研究

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随着“双碳”目标(碳达峰、碳中和)的提出,国产高强耐候钢的应用推广因时制宜。对于普通钢结构而言,钢材耐腐蚀性差是不可忽视的问题,在建造时通常对钢材表面刷防腐涂料或镀锌,在使用过程中还需对钢材进行定期防锈维护,提高了建筑的总建设成本。不锈钢虽然耐腐蚀,但价格昂贵,在建筑结构中并不多见;普通碳素钢价格便宜,但不耐腐蚀;耐候钢介于普通碳素钢和不锈钢之间,价格适中,同时兼具良好的耐腐蚀性。“河钢”集团新研发的高强耐候钢兼具高强钢和耐候钢的优点,能减少用钢量,降低后期维护成本,节能减排,符合可持续发展战略及“双碳”目标要求,拥有良好的发展应用前景。为加速推广其在建筑工程领域的应用,需对高强耐候钢的各项性能进行深入研究。本文对“河钢”集团新研发高强耐候钢的高强螺栓抗剪连接静力性能及腐蚀影响进行研究,具体研究内容如下:(1)对23个高强耐候钢-高强螺栓抗剪(承压型)连接进行静力拉伸试验,分析了端距、边距、螺栓数量、螺栓间距、螺栓预紧力等因素对连接破坏模式、承载力及变形的影响规律。(2)对9个高强耐候钢-高强螺栓抗剪(摩擦型)连接进行不同时长的铜加速盐雾腐蚀,并与2个未腐蚀的参考试件进行比较,然后通过静力拉伸试验,研究连接在不同腐蚀程度下的力学性能,建立钢材质量损失率与腐蚀时间的关系,分析了钢材质量损失率与抗滑移系数、螺栓预紧力、滑移荷载及极限荷载等连接性能指标的关系。(3)基于Abaqus软件的二次开发接口,利用Python语言编写了Abaqus前、后处理等模块的脚本程序,从破坏模式、荷载-位移曲线、极限承载力三个方面验证了数值模型的可靠性,对高强耐候钢-高强螺栓抗剪连接进行参数化建模分析,以检验和补充试验结果,提高试验结论普适性。(4)采用现行规范设计方法对试验和有限元的结果进行预测,分析和探讨其差异及原因;根据理论公式推导了单螺栓承压型连接破坏模式界限;基于本文分析结果及相关学者试验数据的统计,提出了适用于该新型高强耐候钢螺栓连接的设计建议。
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