火灾高温下新型单边螺栓连接剪切性能研究

摘要

为了探究新型螺纹锚固单边螺栓能否适用于火灾高温环境下的抗剪连接，建立了剪切连接件有限元模型。通过常温下的连接件剪切试验对建立的有限元模型进行验证，采用恒温加载的方式开展有限元分析，设计了3种不同厚度的连接板，考虑了8种不同温度变化，通过改变材性对高温下钢材的屈服强度和刚度进行折减，系统研究了连接板的厚度及温度对连接件的剪切破坏模式、抗剪承载力和刚度等性能的影响；最后对中国现有规范中抗剪设计方法对该新型单边螺栓连接在火灾高温下的适用性进行了验证。结果表明：不同板厚的连接件可能出现孔壁承压破坏和螺栓剪切破坏2种破坏模式，火灾高温不会影响连接件的剪切破坏模式，但会降低其抗剪承载力和刚度，且降低程度与高温对钢材材性的折减程度基本一致；连接件的抗剪承载力和刚度随连接板厚度的增大而增大，但当其发生螺栓剪切破坏时，继续增大板厚对抗剪性能提高的效果有限；根据规范计算得到的连接件抗剪承载力为有限元结果的60%～80%,表明现有规范中的设计方法可用于计算其抗剪承载力，并具有足够的安全储备。该新型螺纹锚固单边螺栓可用于火灾高温下的抗剪连接，研究结果可为该类单边螺栓连接在火灾高温下的抗剪工程应用提供参考。

关键词

金属结构 / 单边螺栓 / 剪切性能 / 有限元分析 / 螺纹锚固 / 抗火