基于檩条加固的冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cfyanis
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目前以轻钢厂房为代表的冷弯薄壁型钢建筑在工业体系中已经得到了广泛应用,其中檩条作为一种典型的冷弯薄壁型钢构件在相关建筑的屋盖体系中发挥着重要作用。然而,随着近些年来屋面太阳能光伏板的应用及自然灾害频发,老旧厂房的檩条普遍不能满足现有规范要求,往往在建模计算时会出现檩条承载力不足的情况,从而需要对檩条进行加固。所以,为了丰富檩条加固的理论和试验基础,本文针对冷弯薄壁Z型檩条的加固进行了研究,所采用的是檩条下翼缘自攻螺钉连接钢板的加固方法。本文以实际工程需求为背景,将冷弯薄壁Z型檩条下翼缘增设钢板加固方法作为立足点,进行了相应的材性试验、冷弯薄壁钢板单个自攻螺钉连接抗剪性能试验、冷弯薄壁钢板自攻螺钉群连接剪力传递试验,并介绍了冷弯薄壁Z型檩条加固试验方案和进行了相应的数值模拟研究。进行了 48个冷弯薄壁型钢螺钉连接试件的抗剪性能试验,考虑了自攻螺钉材质、直径、不同钢板厚度比值、端距等因素对抗剪承载力的影响。比较国内,美国AISI规范和欧洲规范中自攻螺钉抗剪承载力计算公式的实际适用性,关于自攻螺钉抗剪承载力设计值,发现欧洲规范设计值<国内规范设计值<北美规范设计值;另外,在今后规范修订中,建议适当减小当连接钢板厚度比值=1且钢板厚度≥2mm时的自攻螺钉的抗剪承载力设计值;最后依据理论分析提出了冷弯薄壁钢板单个自攻螺钉抗剪连接的极限状态预测模型。随后进行了 46个冷弯薄壁型钢螺钉群连接试件的剪力传递性能试验,针对螺钉数量、加固区长度、钢板厚度等因素对剪力传递情况进行比较分析,为冷弯薄壁Z型檩条下翼缘自攻螺钉连接钢板加固方法提供了建议。建议采用市场上使用较为广泛且力学性能表现良好的碳钢材质、直径为4.8mm的自攻螺钉,单排排列(檩条下翼缘为加固区域,认为长宽比超过建议限值),加固钢板的厚度要综合考虑其与原钢板厚度的比值以及所需要的增大截面面积的情况,最优选择为加固钢板厚度与待加固构件厚度一致,对于螺钉数量和螺钉间距要综合考虑E=ζ×μ,E为螺钉数量和间距综合考虑因子。本文最后介绍了檩条加固试验方案并对檩条加固前后进行了有限元数值模拟研究,在前文研究成果基础上,加固檩条相较原檩条抗弯承载力可以提高21.788%。
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