钢管束组合剪力墙端板节点单边高强螺栓连接性能研究

为对钢管束单边高强螺栓连接的极限承载力和破坏模式进行研究,对钢管束单边高强螺栓连接进行单调拉拔试验和有限元数值模拟,分析了端板厚度和钢管束厚度对连接承载力和破坏模式的影响,并基于试验结果和有限元参数化分析结果,推导了钢管束单边高强螺栓连接的初始抗拉刚度理论公式.首先,通过改变钢管束单边高强螺栓连接的端板厚度、钢管束厚度以及螺栓种类共设计制作了 5 个钢管束单边高强螺栓连接试件进行单调拉拔试验.为使试验结果偏于安全,试件未填充混凝土,即不考虑混凝土的有利作用;其次,对钢管束单边高强螺栓连接进行有限元数值模拟,并将有限元模拟结果与试验结果对照,以验证有限元建模方法的正确性,同时采用相同的建模方法对钢管束单边高强螺栓连接进行参数化分析,进一步探究钢管束厚度和端板厚度变化对钢管束单边高强螺栓连接力学性能的影响;最后根据试验结果和有限元参数化分析结果采用组件法推导出了钢管束单边高强螺栓连接的初始抗拉刚度公式,并将理论数据与有限元模拟结果进行比较,对公式的准确性进行验证. 研究结果表明:钢管束单边高强螺栓连接的破坏模式为钢管束鼓曲,螺栓孔产生塑性变形,单边高强螺栓外套管发生弯折导致单边高强螺栓被拔出,与钢管束普通高强螺栓连接螺栓孔被拉断的破坏模式不同;增加钢管束的厚度可以显著提高钢管束单边高强螺栓连接的承载力和初始抗拉刚度;单边高强螺栓连接虽然承载力和塑性变形能力较普通高强螺栓连接低,但在安装时无需预留安装手孔,避免了焊接施工对冷弯薄壁型钢受力性能的不利影响;有限元数值模拟结果与试验结果具有一致性,证明有限元模型建模方法可靠,且参数化分析结果进一步表明了钢管束单边高强螺栓的力学性能主要受钢管束厚度控制,受端板厚度影响较小;通过组件法推导出的钢管束单边高强螺栓连接初始抗拉刚度公式得出的理论刚度与有限元参数分析结果的吻合程度良好,证明钢管束单边高强螺栓初始抗拉刚度公式具有较好的可靠性.