冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接剪切滑移本构关系研究

作     者：黄奔 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴函恒

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：冷弯薄壁型钢 自攻螺钉 抗剪性能 剪切滑移本构模型 螺钉连接试验 数值模拟 

摘      要：冷弯薄壁型钢结构具有轻质高强、绿色环保、预制化程度高、施工周期短、使用寿命长以及抗震性能好等优点,在国内外得到了广泛的应用。冷弯薄壁型钢结构一般采用自攻螺钉连接,自攻螺钉连接的可靠性直接影响结构的承载力与稳定性。自攻螺钉在削切钢板的同时,通过螺纹咬合实现锚固,这种紧固模式与普通钢结构中的螺栓连接有本质上的不同。目前国内外学者对自攻螺钉研究多集中在受剪承载力层面,而缺少对其剪切滑移本构的相关研究。因此,本文通过试验研究和有限元模拟两种方法,对冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接件的抗剪承载力进行系统研究,提出三折线形式的冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接剪切滑移本构模型。首先通过改变自攻螺钉直径和板件厚度,对225个冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接件进行抗剪承载力试验研究。详细介绍了试验装置、试验方法、试件破坏过程及试验结果的分析。并根据试验结果,详细研究连接件的破坏模式、屈服荷载、剪切刚度以及抗剪承载力。并且得出结论:冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接件在受剪时有三种典型的破坏模式,分别是螺钉剪切破坏、孔壁承压破坏以及螺钉抗拔破坏,且螺钉抗拔破坏一定伴随着板件孔壁承压破坏。其次使用有限元分析软件ABAQUS,对冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接件进行了数值模拟分析。并将试验结果与数值分析对比,两者对应的试件破坏形态以及荷载-位移曲线重合度较高,验证了有限元模型的正确性。最后在试验和数值分析的基础上,提出冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接剪切滑移本构模型。根据对特征值的参数分析,通过MATLAB软件拟合出自攻螺钉连接件的剪切刚度与承载力的计算方法。并且建立特征值之间的关系,拟合出三折线形式的冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接剪切滑移本构模型。