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箱形钢柱螺栓连接节点试验研究

         
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摘要

以2013年全国建设工作会议为标志,国家及地方政府连续发文积极推进装配式建筑发展.积极发展、采用装配式建筑尤其是装配式钢结构建筑,实现其标准化设计、工厂化生产、装配化施工,符合国家政策要求,同时也是建筑行业的大势所趋.箱型柱因其两个主轴方向抗弯刚度相等而被广泛应用于钢结构建筑中,目前箱型柱基本上采用全熔透焊接连接技术,然而该技术存在施工效率低、人工成本高、污染环境、焊接节点在地震下破坏严重和现场焊接耐久性差等诸多问题. 基于上述亟待解决的关键问题,提出一种箱形钢柱螺栓连接节点.在该节点构造中,箱形钢柱上、下安装单元之间通过法兰板采用高强螺栓进行连接,为增强节点核心区性能,改善受力,在上、下单元关键位置处设置八边形芯筒.为保证芯筒和柱之间良好的协同工作性能,要求芯筒与柱壁之间间隙不超过2 mm,当加工精度不满足时,可采用两种措施进行补偿,即通过在芯筒和柱壁之间设置补偿板或增设自锁式单向螺栓来减少芯筒与柱壁之间的间隙,以保证芯筒和柱协同工作的性能.通过设计两个分别设置单向螺栓或补偿板的箱形钢柱螺栓连接节点,对其进行低周往复试验,进而研究箱形钢柱螺栓连接节点的受力性能并与传统全熔透焊接节点性能进行对比研究其刚性性能. 试验结果表明:芯筒的设置能够提供一定的抗弯、抗剪承载力,在层间位移角为0.005 rad(1/200)时与柱壁接触从而发挥作用,使箱形钢柱螺栓连接节点受力性能更优;层间位移角在0.04 rad(1/25)及之前时,设置补偿板箱形钢柱螺栓连接节点与设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点的滞回性能及刚度退化趋势接近;层间位移角在0.05 rad(1/20)时,设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点滞回性能优于设置补偿板箱形钢柱螺栓连接节点;在整个加载过程中,两种箱形钢柱螺栓连接节点均表现出良好的延性且设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点更优,同时,设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点能够明显降低螺栓拉力;设置补偿板箱形钢柱螺栓连接节点与设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点分别在层间位移角为0.05、0.06 rad时发生破坏,设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点能够承受更大变形,设计时可以根据不同需要进行灵活选用;箱形钢柱螺栓连接节点拥有与传统全熔透焊接连接相近的静力性能,在结构设计时可按刚接进行计算.箱形钢柱螺栓连接节点技术实现了钢结构体系的全螺栓刚性连接和高效装配,对促进建筑产业化升级,提高施工效率,减少环境污染,促进生态文明具有重大战略意义.

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