劉學(xué)春, 高勝寒, 陳學(xué)森

(北京工業(yè)大學(xué) 北京市高層和大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心, 北京 100124)

螺栓連接施工速度快、質(zhì)量易保證,符合國(guó)家裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展需求[1]。工程中常對(duì)軋制鋼板進(jìn)行噴砂處理,以達(dá)到除銹和提高摩擦因數(shù)的目的,因此需要對(duì)噴砂處理后的高強(qiáng)螺栓連接件進(jìn)行深入研究。目前,許多學(xué)者以應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓連接的梁柱節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象,分析節(jié)點(diǎn)在低周往復(fù)荷載下的滑移、耗能等性能指標(biāo)。劉學(xué)春等[2]、Liu等[3-5]對(duì)不同形式的全螺栓梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了循環(huán)加載試驗(yàn),證明節(jié)點(diǎn)具有良好的抗震性能,并考慮單剪連接中螺母與鋼板摩擦力的有利作用提出了設(shè)計(jì)公式,但也發(fā)現(xiàn)循環(huán)荷載下接觸面滑移后摩擦因數(shù)可能發(fā)生變化,對(duì)摩擦因數(shù)變化的影響尚需進(jìn)一步研究。張艷霞等[6]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)槽孔螺栓摩擦阻尼器的滯回曲線接近矩形,但孔長(zhǎng)增加至40 mm后,摩擦力-位移曲線出現(xiàn)明顯不對(duì)稱且離散程度增大。石文龍等[7]對(duì)比了應(yīng)用不同摩擦材料的3種摩擦阻尼器的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)紫銅型摩擦阻尼器的滯回曲線更為飽滿,耗能效果更穩(wěn)定。上述研究表明,高強(qiáng)度螺栓連接能夠有效傳遞剪力并提供耗能,保證結(jié)構(gòu)的抗震能力;但在循環(huán)荷載下,受螺栓孔型、剪切面數(shù)、接觸面材料等影響,在發(fā)生滑移后接觸面間的摩擦因數(shù)和螺栓滑移規(guī)律尚需進(jìn)一步分析。

此外,研究表明高強(qiáng)度螺栓連接滑移前板件間已存在一定的相對(duì)位移,對(duì)節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)整體剛度有明顯影響,而目前相關(guān)規(guī)范[8]未考慮高強(qiáng)螺栓連接滑移前變形。王彥博等[9]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)混合連接抗滑移系數(shù)與臨界滑移位移保持一定正相關(guān)性。Zhao等[10]考慮螺栓壓力實(shí)際二維分布,基于Iwan模型和Lugere模型[11-13],提出連接切向剛度計(jì)算方法,發(fā)現(xiàn)臨界滑移隨螺栓預(yù)緊力和摩擦因數(shù)增大而線性增加。上述研究表明有必要開(kāi)展進(jìn)一步研究以確定高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接滑移前變形的影響因素。

參考《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》(JGJ 82—2011)[14],對(duì)采用噴砂處理摩擦面的不同螺栓尺寸和孔型的高強(qiáng)螺栓連接件進(jìn)行了3種構(gòu)造情況下循環(huán)抗剪試驗(yàn)研究,探究每種構(gòu)造下高強(qiáng)度螺栓受剪連接的不同參數(shù)對(duì)其受力和滑移過(guò)程中抗剪承載力、摩擦因數(shù)等影響,為高強(qiáng)度螺栓連接在抗震設(shè)計(jì)中的計(jì)算分析提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

表1 試件參數(shù)

圖1 試件裝配(單位:mm)

圖2 蓋板和芯板幾何尺寸(單位:mm)

1.2 試件方案

首先通過(guò)螺栓傳感器控制,按表1施加螺栓預(yù)拉力后進(jìn)行低周往復(fù)加載,在試件達(dá)到最大靜摩擦力前采用荷載控制,加載速率不大于 0.5 kN/s;滑動(dòng)后,采用位移控制加載,加載速率不大于0.03 mm/s。 當(dāng)荷載-滑移曲線出現(xiàn)尖角或者達(dá)到表1規(guī)定幅值時(shí)改變拉壓方向,每個(gè)試驗(yàn)循環(huán) 8圈。

荷載P由試驗(yàn)機(jī)拉壓傳感器測(cè)量,100 mm量程拉線位移計(jì)被布置在芯板與底座間,所測(cè)位移記為S1;50 mm量程百分表被布置在蓋板與底座間,所測(cè)位移記為S2,由于芯板在加載過(guò)程中的彈性伸長(zhǎng)變形可忽略,因此最終采用位移S=S1-S2計(jì)算蓋板與芯板間的滑移變形。2個(gè)螺栓拉力由壓力傳感器監(jiān)測(cè),分別記為T1和T2,位移計(jì)及壓力傳感器布置詳見(jiàn)圖3。

圖3 試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

2.1 雙剪連接試驗(yàn)

雙剪連接各組試件現(xiàn)象相似。開(kāi)始加載時(shí)無(wú)聲響,荷載-位移曲線呈線性增長(zhǎng),此時(shí)處于抗滑移階段。伴隨一聲“嘣”響,試件達(dá)到最大靜摩擦力,滑移突增約1 mm,荷載值突降70%后回升,隨后試件進(jìn)入滑移階段,此后滑移荷載隨循環(huán)圈數(shù)增加。試驗(yàn)后各試件在芯板和蓋板孔洞周圍沿摩擦力方向出現(xiàn)不同程度的條狀劃痕,其中C24組和C20組磨損較為嚴(yán)重,見(jiàn)圖4。

圖4 雙剪連接試驗(yàn)現(xiàn)象

2.2 單剪連接試驗(yàn)

單剪連接各組試驗(yàn)中,隨著荷載增大,試件由抗滑移階段轉(zhuǎn)為滑移階段,試件沒(méi)有發(fā)出聲響,荷載-滑移曲線沒(méi)有出現(xiàn)明顯的荷載峰值點(diǎn)。試驗(yàn)后試件孔洞周圍出現(xiàn)條狀磨損,見(jiàn)圖5。

圖5 單剪連接試驗(yàn)現(xiàn)象

2.3 夾紫銅片雙剪連接試驗(yàn)

在各組噴砂鋼板間夾紫銅片的雙剪連接試驗(yàn)中,由抗滑移階段到滑移階段時(shí),試件發(fā)出很小聲音或沒(méi)有聲音,荷載隨著滑移增大逐漸減少至穩(wěn)定。加載過(guò)程中紫銅片與板件摩擦,孔洞周圍銅粉隨摩擦嵌入條狀凹槽內(nèi)(見(jiàn)圖6),槽孔比標(biāo)準(zhǔn)圓孔試件組紫銅片損壞嚴(yán)重。

圖6 夾紫銅片雙剪連接試驗(yàn)現(xiàn)象

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 荷載-滑移曲線

圖7所示,各組試件均經(jīng)歷抗滑移階段(OA段)、受拉滑移階段(AB段和EF段)、壓拉力轉(zhuǎn)向抗滑移階段(BC和DE段)和受壓滑移階段(CD段)。

圖7 典型荷載-滑移曲線

3.1.1 雙剪試驗(yàn)

雙剪試驗(yàn)的荷載-滑移曲線如圖8所示,各試件滑移后的正、負(fù)向荷載值基本對(duì)稱。以最大靜摩擦力即抗滑移承載力作為第0圈的荷載值,滑移后計(jì)為第1圈加載。首次滑移時(shí)荷載發(fā)生約70%的下降,但這是由于連接滑移發(fā)生速度過(guò)快導(dǎo)致試件剛度突降、試驗(yàn)機(jī)發(fā)生卸載,并不代表連接承載力的真實(shí)下降幅度;穩(wěn)定加載后荷載回升,連接進(jìn)入滑移階段,但總體上滑移時(shí)的荷載明顯低于抗滑移承載力。在隨后的8圈循環(huán)加載中,摩擦力緩慢提高直至穩(wěn)定,這是因?yàn)樵囼?yàn)中反復(fù)摩擦產(chǎn)生的劃痕增加了摩擦面的粗糙程度,提高了摩擦因數(shù),而隨著循環(huán)加載圈數(shù)增加,螺栓拉力逐漸降低,兩者的共同作用使荷載-滑移曲線保持穩(wěn)定[16]。圖9給出了各試件滑移荷載隨滑移圈數(shù)的變化關(guān)系,B20組相對(duì)B24組螺栓預(yù)拉力提高45.5%,抗剪承載力增加40.9%,C20組相對(duì)C24組,螺栓預(yù)拉力提高45.5%,抗剪承載力增加11.7%,表明槽孔試件螺栓預(yù)拉力和抗剪承載力不能同比例提升;C24組比B24組,C20組比B20組荷載分別增長(zhǎng)了5.2%和32.6%,相同螺栓預(yù)拉力下,槽孔試件抗剪承載力比標(biāo)準(zhǔn)圓孔高。這是因?yàn)椴劭自嚰新菟ǖ幕凭嚯x長(zhǎng),鋼板磨損更大,導(dǎo)致槽孔試件的摩擦因數(shù)更高,而不同孔型螺栓拉力的變化差距不大。

圖8 雙剪連接荷載-滑移曲線

圖9 雙剪連接、單剪連接荷載-循環(huán)圈數(shù)曲線

滑移穩(wěn)定后,試件仍然存在一定大小的抗剪承載力即滑動(dòng)承載力。B24組相對(duì)B20組螺栓預(yù)拉力提高45%、滑動(dòng)承載力提高32.0%,C24組相對(duì)C20組滑動(dòng)承載力提高26.9%。C20組滑動(dòng)承載力比B20組提高11.1%,C24組滑動(dòng)承載力比B24組提高7.0%。

3.1.2 單剪試驗(yàn)

圖10所示,單剪連接試驗(yàn)荷載-滑移曲線呈梭形,各組試件滑移前的變形較雙剪連接明顯增大,滑移后荷載沒(méi)有降低。隨著循環(huán)圈數(shù)的增加,摩擦力不斷提高,螺栓拉力降低,最終摩擦力穩(wěn)定。圖7(b)可知,試件在曲線第1個(gè)拐點(diǎn)A處的荷載約為雙剪連接試件第1次滑移荷載值的一半,此時(shí)螺栓墊圈與鋼板間無(wú)摩擦力;在螺栓墊圈和鋼板間摩擦力矩的有利作用下,第2個(gè)拐點(diǎn)A2處荷載比第1個(gè)拐點(diǎn)A處的荷載平均提升36.6%,之后曲線平穩(wěn)發(fā)展。

圖10 單剪連接試驗(yàn)荷載-滑移曲線

單剪試驗(yàn)中B24組比B20螺栓組預(yù)拉力提高45.5%,8圈荷載平均值提高7.4%,C24組比C20組荷載平均提高21.1%,槽孔試件承載力增幅小于螺栓預(yù)拉力增幅。C24組比B24組荷載提高3.5%,而C20組比B20組荷載降低8.2%,說(shuō)明孔型對(duì)單剪連接摩擦力影響較小。

3.1.3 夾紫銅片雙剪試驗(yàn)

圖11所示,噴砂鋼板間夾紫銅片滑移后,荷載值隨滑移不斷下降,下降速度逐漸緩慢至平穩(wěn)。原因是紫銅材質(zhì)比鋼材軟,滑移過(guò)程中不斷磨損,使得試驗(yàn)曲線相對(duì)平穩(wěn)?；坪?在隨后的8圈加載過(guò)程中,摩擦力不斷降低至穩(wěn)定。由圖12可知,試驗(yàn)結(jié)束后,紫銅雙剪中B20、C20、B24、C24組荷載分別降低21.3.%、25.2%、18.4%和27.7%,槽孔試件滑移荷載損失大于標(biāo)準(zhǔn)孔試件。圖11中部分試件出現(xiàn)位移較大時(shí)荷載增大的情況,是因?yàn)槭芟抻诎惭b和加載控制精度,在試驗(yàn)中部分試件出現(xiàn)了孔壁承壓情況。

圖11 夾紫銅片雙剪連接荷載-滑移曲線

圖12 雙剪連接、夾紫銅片雙剪連接荷載-循環(huán)圈數(shù)曲線

3.2 螺栓拉力

螺栓終擰后,螺栓拉力會(huì)隨時(shí)間以對(duì)數(shù)形式發(fā)生松弛損失[17],且主要發(fā)生在終擰完成1 h內(nèi);本試驗(yàn)在終擰1 h后加載,可忽略螺栓拉力松弛損失;但在螺栓連接受剪和滑移過(guò)程中,螺栓拉力會(huì)發(fā)生進(jìn)一步損失。將螺栓拉力與初始預(yù)拉力比值定義為D,圖13給出了各組試件3類連接在試驗(yàn)中的螺栓拉力與初始預(yù)拉力比值隨循環(huán)圈數(shù)的變化關(guān)系,其中的螺栓拉力為各試件滑移荷載對(duì)應(yīng)的T1、T2取平均值后,再取同類連接3個(gè)相同試件的螺栓拉力平均值。各類連接試驗(yàn)在首次滑移前基本無(wú)損失。發(fā)生滑移后,雙剪連接、單剪連接和夾紫銅片雙剪連接的螺栓拉力分別下降6.7%、9.8%和7.5%,之后降幅逐漸減小至平穩(wěn)?？傮w上,單剪連接試件比雙剪連接試件的螺栓拉力損失更多,其中C20組和C24組單剪連接試件8圈循環(huán)螺栓拉力分別下降了42.4%和22.4%,主要原因是單剪試件加載時(shí)螺栓會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),使螺桿在受剪的同時(shí)也可能受到往復(fù)的拉壓作用,造成螺栓的預(yù)拉力下降。雙剪試驗(yàn)中B24組和C24組在8圈循環(huán)下螺栓拉力分別下降了6.5%和8.5%,B20組和C20組的螺栓拉力分別下降了13.4%和22.6%。夾紫銅片的雙剪試件也呈現(xiàn)相同規(guī)律,表明在雙剪條件下增大螺栓直徑可降低螺栓拉力損失,槽孔會(huì)使螺栓拉力損失增多。

圖13 螺栓拉力比值-循環(huán)圈數(shù)曲線

3.3 抗滑移系數(shù)

基于我國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)實(shí)踐,螺栓發(fā)生滑移前的抗剪承載力與螺栓的初始預(yù)拉力之比為抗滑移系數(shù),計(jì)算公式為

(1)

(2)

(3)

式中:μ′D為雙剪連接試驗(yàn)的抗滑移系數(shù);μ′S為單剪連接試驗(yàn)中墊圈與噴砂鋼板的抗滑移系數(shù);μ′C為夾紫銅片雙剪連接試驗(yàn)的抗滑移系數(shù);FD、FS、FC分別為雙剪、單剪以及夾紫銅片雙剪連接試驗(yàn)的抗剪承載力;T為螺栓初始預(yù)拉力實(shí)測(cè)值。單剪連接試驗(yàn)開(kāi)始加載連接剛度最大,滑移達(dá)到拐點(diǎn)A后試件連接剛度逐漸減小,此時(shí)螺栓傾斜角度較小;直至滑移達(dá)到拐點(diǎn)A2后試件連接剛度不再變化,螺栓傾斜角度基本不變,荷載趨于穩(wěn)定。定義A點(diǎn)與A2點(diǎn)滑移平均值為單剪連接試驗(yàn)中的滑移前變形,所對(duì)應(yīng)荷載FS為單剪連接的抗剪承載力,見(jiàn)圖7。計(jì)算結(jié)果匯總于表2。表中缺失數(shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù),在分析中忽略。

表2 抗滑移系數(shù)

μ′D為0.199～0.383,μ′S為0.001～0.136,μ′C為0.175～0.426。噴砂鋼板間夾0.3 mm紫銅片,B20、B24、C20、C24組相對(duì)噴砂鋼板試件抗滑移荷載分別提高了35.0%、3.7%、11.0%和2.3%,表明夾紫銅片有利于提高噴砂鋼板間抗滑移荷載,而雙剪連接下,螺栓拉力下降幅度不大,使夾紫銅片試件的抗滑移系數(shù)提高約16.1%,相同螺栓尺寸下,不同孔型間的抗滑移系數(shù)μ′D、μ′S變化不大。螺栓直徑越大抗滑移系數(shù)越小。3種試驗(yàn)下的抗滑移系數(shù)均小于規(guī)范[18]Q345鋼噴砂處理的板間抗滑移系數(shù)。

3.4 實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)

試驗(yàn)表明,發(fā)生滑動(dòng)后螺栓拉力會(huì)發(fā)生變化,因此定義滑動(dòng)時(shí)的摩擦力與實(shí)時(shí)螺栓拉力之比為實(shí)測(cè)摩擦因數(shù),計(jì)算公式為

(4)

(5)

(6)

式中:μD,1為雙剪連接試驗(yàn)的實(shí)測(cè)摩擦因數(shù);μS,1為單剪連接試驗(yàn)中墊圈與噴砂鋼板之間的實(shí)測(cè)摩擦因數(shù);μC,1為夾紫銅片雙剪連接試驗(yàn)中的實(shí)測(cè)摩擦因數(shù);FD,i、FS,i、FC,i分別為雙剪、單剪以及夾紫銅片雙剪連接試驗(yàn)滑移過(guò)程中的荷載波峰值;T1,i、T2,i分別為波峰摩擦力對(duì)應(yīng)的2個(gè)螺栓實(shí)時(shí)拉力;n為每圈加載過(guò)程中滑移段波動(dòng)過(guò)程中的波峰點(diǎn)個(gè)數(shù)。

表3 實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)

將抗滑移系數(shù)記為第0圈的實(shí)測(cè)摩擦因數(shù),圖14 給出3類連接下實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)隨循環(huán)圈數(shù)變化的曲線。對(duì)于雙剪連接,隨著循環(huán)圈數(shù)增加,實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)不斷增加。經(jīng)過(guò)8圈循環(huán),C24組實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)從0.139增為0.239,提高了71.9%,增長(zhǎng)速度最大。單剪連接和夾紫銅片雙剪連接,實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)較雙剪連接變化平緩。單剪連接下墊圈和鋼板間的實(shí)測(cè)摩擦因數(shù),在滑移前數(shù)值較低,在滑移后隨加載過(guò)程不斷增加,C20組由滑移前的0.024到滑移后第8圈的0.155,其他3組墊圈和鋼板間的實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)滑移前后增加近66.9%。這是因?yàn)閱渭暨B接受力時(shí)螺栓會(huì)發(fā)生傾斜,使得一部分剪力通過(guò)螺桿的受拉或受壓來(lái)傳遞,實(shí)際受剪承載力增加導(dǎo)致實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)偏大,偏差幅值隨著加載幅值的增大而進(jìn)一步增加。

圖14 實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)-循環(huán)圈數(shù)曲線

3.5 名義摩擦因數(shù)

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,為了方便計(jì)算,假定螺栓預(yù)拉力不變,摩擦因數(shù)變化,定義螺栓滑動(dòng)時(shí)的摩擦力與初始螺栓預(yù)拉力之比為名義摩擦因數(shù)。將滑移荷載和預(yù)拉力T代入式(4)～(6)得到雙剪試件名義摩擦因數(shù)μDN、墊圈與鋼板間名義摩擦因數(shù)μSN和紫銅雙剪名義摩擦因數(shù)μCN,其隨加載圈數(shù)的變化如圖15所示,計(jì)算結(jié)果匯總于表4。

表4 名義摩擦因數(shù)

圖15 名義摩擦因數(shù)-循環(huán)圈數(shù)曲線

除B20-C組1個(gè)試件外,雙剪名義摩擦因數(shù)相比實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)小23.0%以內(nèi);單剪名義摩擦因數(shù)相比實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)明顯小,其中C20-S組1個(gè)試件由0.112降至0.002。

雙剪試件滑移后第1圈名義摩擦因數(shù)相對(duì)抗滑移系數(shù)下降約71.8%。單剪試件滑移后第1圈名義摩擦因數(shù)比抗滑移系數(shù)平均增加了0.1?；坪?C20-S組每圈比上1圈降幅13.1%,其他3組保持在7.0%以內(nèi)。夾紫銅片試件滑移后名義摩擦因數(shù)第1圈相對(duì)抗滑移系數(shù)降幅超過(guò)50.0%。

4 設(shè)計(jì)建議

4.1 抗滑移承載力

單剪連接試驗(yàn)表面,其連接中墊圈和噴砂鋼板的抗滑移系數(shù)對(duì)試件抗剪承載力的影響不容忽略。而《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)[18]中的噴砂鋼板抗滑移承載力公式是基于雙剪切面試件所提出,沒(méi)有墊圈和鋼板間力矩對(duì)承載力的提高作用,因此提出單剪修正后的抗滑移承載力公式為

N′vsb=knf(μ′+μ′S)T

(7)

N′vdb=knfμ′T

(8)

式中:N′vsb、N′vdb分別為單剪、雙剪的抗滑移承載力;μ′和μ′S分別為噴砂鋼板間抗滑移系數(shù)和墊圈與噴砂鋼板間抗滑移系數(shù),依據(jù)表2取值。不同直徑螺栓預(yù)拉力T參照表1取值,nf為摩擦面數(shù),雙剪切面取2,單剪切面取1。k為孔型系數(shù),與規(guī)范不同,試驗(yàn)結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)孔取1.0,槽孔取1.03擬合結(jié)果較好。

表5給出抗滑移承載力試驗(yàn)值與式(7)(8)計(jì)算結(jié)果的對(duì)比。結(jié)果顯示,所提出抗滑移承載力公式值與試驗(yàn)值偏差大部分在±20%以內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)孔組試件較槽孔組試件離散性更小。

表5 抗滑移承載力

4.2 滑動(dòng)承載力

通過(guò)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),3類連接滑移后,荷載隨循環(huán)圈數(shù)不斷變化至穩(wěn)定。此時(shí),連接件仍具備一定大小的抗剪承載力即滑動(dòng)承載力。通過(guò)引入循環(huán)荷載系數(shù)kR近似考慮摩擦因數(shù)和螺栓拉力在循環(huán)圈數(shù)下的變化,建立抗滑移承載力與滑動(dòng)承載力的關(guān)系,滑動(dòng)承載力公式為

(9)

(10)

圖16給出滑移承載力公式值與試驗(yàn)值的對(duì)比,公式值與試驗(yàn)值偏差大部分保持在±30%以內(nèi),噴砂鋼板間墊設(shè)紫銅片后試件的滑移承載力比未墊設(shè)紫銅片試件低41.8%。

圖16 滑動(dòng)承載力對(duì)比

4.3 滑移前變形建議取值

試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),3類連接在達(dá)到抗滑移承載力前,連接件已發(fā)生一定大小的相對(duì)變形即滑移前變形,這種變形對(duì)后續(xù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)層間位移角的考慮產(chǎn)生影響。美國(guó)規(guī)范[19]僅給出雙剪連接下滑移前變形取值為0.508 mm,實(shí)際中的相對(duì)變形與摩擦面數(shù)、摩擦面處理方式、螺栓拉力大小、孔型、螺栓分布等相關(guān)。

本文給出試件在噴砂處理摩擦面、兩栓垂直剪力分布下,分別在雙剪連接、單剪連接和紫銅連接不同孔型下的滑移前變形試驗(yàn)值,建議值為1組試驗(yàn)值的平均值,見(jiàn)表6。

表6 滑移前變形

5 結(jié)論

本文對(duì)噴砂處理后不同螺栓尺寸和孔型的36個(gè)高強(qiáng)度螺栓抗剪連接試件進(jìn)行了雙剪、單剪和夾紫銅片雙剪的循環(huán)荷載試驗(yàn),主要得到以下結(jié)論:

1)相同螺栓尺寸下,雙剪連接不同孔型間僅考慮板間摩擦力的抗滑移系數(shù)在0.199～0.383,未達(dá)到規(guī)范值。單剪連接中考慮墊圈與鋼板間摩擦力和板間摩擦力兩者作用,使單剪抗滑移系數(shù)提高但未達(dá)到規(guī)范值。

2)螺栓拉力隨循環(huán)圈數(shù)不斷減小至穩(wěn)定,8圈后螺栓拉力損失比例在25%以內(nèi)。M20螺栓組合槽孔第8圈時(shí)螺栓拉力損傷比例達(dá)42.5%。

3)單剪連接中,墊圈與鋼板間的摩擦因數(shù)隨加載圈數(shù)不斷增大。其摩擦力提高了抗剪承載力,單剪連接摩擦力大于雙剪連接摩擦力的一半。墊圈與鋼板間的摩擦因數(shù)滑移前取值范圍在0.001～0.136,建議取值0.069;滑移后取值范圍在0.098～0.322,建議取值0.210。

4)噴砂鋼板間夾紫銅片減小摩擦力離散性,減弱滑移過(guò)程噪聲。相比雙剪試件的抗滑移系數(shù)提高了16.1%,但由于銅片軟、易磨損,滑移承載力較雙剪試件平均低41.8%。

5)增大螺栓直徑可以減少循環(huán)加載中螺栓拉力的損失比例。單剪高強(qiáng)螺栓連接試件螺栓拉力損失比雙剪損失程度大。

6)提出了修正后的單剪切面抗滑移承載力公式,并得到試驗(yàn)驗(yàn)證,引入循環(huán)荷載系數(shù),提出3類連接下的滑動(dòng)承載力公式,給出特定條件下滑移前變形取值建議。