冷弯薄壁型钢高强螺栓连接抗剪性能研究

【摘要】：冷弯薄壁型钢因为轻质、高强等优势被大量应用于工业厂房,民用建筑中。冷弯薄壁型钢的常见连接方式有普通螺栓连接、自攻螺钉连接等。高强螺栓在受到外荷载作用前被施加了很大的预紧力,接触面间会产生很大的摩擦力,能够阻止接触面间的相对滑移,进而提升结构的整体工作性能。目前,高强螺栓连接主要用于普通钢结构,若将高强螺栓连接应用于冷弯薄壁型钢加固等工程实践,则对冷弯薄壁型钢结构体系的抗剪承载能力会有一定的提升。本文以此为研究背景,用强度等级为12.9级的M8高强螺栓连接2mm薄板,制成冷弯薄壁型钢高强螺栓连接件,对施加不同扭矩值的连接件进行抗剪性能试验并利用ABAQUS进行了抗剪性能试验模拟。将试验结果与有限元模拟结果相对比并对冷弯薄壁型钢高强螺栓连接抗剪承载能力进行分析。针对本次抗剪试件规格,具体研究内容与成果如下:(1)对抗剪性能试验结果分析发现施加扭矩值小于等于5N·m时,抗剪连接件具有与普通高强螺栓连接厚板相同的抗剪性能曲线,包括摩擦传力阶段、相对滑移阶段、螺栓杆与螺栓孔壁承压传力阶段、破坏阶段四个阶段,并得到各阶段的抗剪承载力值。20N·m为本试验抗剪试件极限扭矩,更大的扭矩值对试件抗剪性能提升不明显。(2)所有试件的极限抗剪承载能力值在30k N上下浮动,说明极限抗剪承载力与施加扭矩值关系不大。(3)扭矩值小于等于5N·m时,12.9级M8高强螺栓连接2mm薄板扭矩系数为0.04,远小于常规高强螺栓连接的扭矩系数范围。(4)进行有限元分析,将试验结果与有限元模拟结果进行对比验证,进一步提出施加扭矩值小于5N·m情况下冷弯薄壁型钢高强螺栓连接的抗剪承载能力以及摩擦型连接抗剪刚度计算公式。