善围建筑体系龙骨间连接性能试验报告.pdf

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1、 第第 1 页页 善围轻钢龙骨连接性能试验及分析报告 南京工业大学工程抗震研究中心 南京善围建筑科技有限公司 2017 年 09 月 第第 2 页页 项目名称：善围轻钢龙骨连接性能试验研究 委托单位：南京善围建筑科技有限公司 承担单位：南京工业大学工程抗震研究中心 合作单位：南京城镇建筑设计咨询有限公司 参加项目人员：姓名 职称 项目负责人：王曙光 博士、教授、博导 技术负责人：徐 锋 博士、讲师、硕导 测试分析：严明磊 硕士生 王秋玲 硕士生 林海鹏 硕士生 第第 3 页页 目录 第一章 项目概要.4 1.1 项目背景.4 1.2 试验目的.4 1.3 试验内容.4 第二章 C型主龙骨连接性

2、能试验.5 2.1 实验装置.5 2.2 试验过程.5 2.3 试验结果.6 2.4试验结论.16 第三章 型次龙骨连接性验.17 3.1试验装置.17 3.2试验过程.17 3.3试验结果.17 3.4试验结论.24 第四章 总结和建议.25 4.1 总结.25 4.2 建议.25 第第 4 页页 第一章 项目概要 1.1 项目背景项目背景 近年来，随着城镇化进程的加快，我国住宅建造规模发展迅速。住宅产业化是住宅建设发展的重要方向，核心是建立适合工业化的结构技术体系。目前制约我国住宅产业化发展的关键是结构体系的问题。我国正在推广应用的产业化住宅结构体系主要有配筋混凝土空心砌块体系、预制混凝土

3、结构体系、轻钢结构住宅体系和采用模网技术的现浇剪力墙结构体系等。冷弯薄壁型钢剪力墙结构是一种新型工业化住宅结构体系。该结构是将冷弯薄壁型钢技术、永久保温复合模板技术以及现浇混凝土技术有机结合为一体的集成建造技术，是建筑业向工业化转型的新尝试。该体系采用钢骨架作为主要受力骨架，外侧固定免拆模板，其间浇筑混凝土，构成墙体和楼板等结构构件，形成住宅建筑结构体系。钢骨架是由冷弯薄壁型钢连接在一起构成的受力骨架，可承受施工阶段的荷载；骨架表面覆盖永久性模板。冷弯薄壁型钢的腹板上开有圆孔，在开孔周边带有加强卷边。与其他住宅结构体系相比，冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙结构体系具有以下优点：（1）该住宅体系是一种现

4、浇钢骨混凝土剪力墙体系，结构整体性好，抗震性能优越。（2）该住宅体系生产过程的主要环节可实现工业化生产，大大提高了劳动生产率，工程质量有保证。（3）该住宅体系在施工阶段具有轻钢结构体系的特点，装配单元重量轻，运输、安装方便；钢骨架能够承受施工荷载，方便构件定型、定位，可以取消脚手架；采用免拆模板可代替传统模板，取消了模板工程，极大减少了现场作业量。（4）该住宅体系采用自密实混凝土浇筑，减少施工噪音污染；无需搭设脚手架和模板、砌筑墙体、搅拌混凝土等，因此施工辅助区域面积小，保护了周围环境。（5）该住宅体系的应用可减少资源消耗，降低造价。主要体现在三个方面：用钢量与传统现浇混凝土结构基本持平，无模

5、板和脚手架工程；现场人工作业量少，劳动生产效率高；生产管理和建造效率高。作为新型的建筑结构体系，在将其投入工程运用前需对其性能做全方位的测试、分析和论证。该新型体系的性能涉及诸多方面，如建筑物理性能、结构性能、耐久性等。其中，建筑结构性能是设计师最为关注的性能和要求，作为一种新型材料组合而成的结构，材料之间的有效连接是结构设计的基本条件。受南京善围建筑科技有限公司的委托，南京工业大学承担对善围建筑体系龙骨间连接的试验测试分析和研究。1.2 试验目的试验目的 通过试验测试龙骨间连接节点的受力性能并获得真实数据，掌握不同的节点连接方式在受拉作用下的受力机理，分析和评价龙骨连接节点的受力性能，解决龙

6、骨间连接机制的问题，为该类型构件和结构的设计和使用提供依据。1.3 试验内容试验内容 测试试件轴拉受力全过程，观察其破坏特征和性能变化；测试受拉区的变形情况，分析螺钉节点区的传力情况；通过测试和分析，考察型钢龙骨与外包混凝土的协调工作性能。第第 5 页页 第二章 C 型主龙骨连接性能试验 2.1 试验装置试验装置 2.1.1 试验仪器试验仪器 长春试验机研究所生产的 CSS WAW-1000DL 电液伺服万能试验机，最大试验力为 1000KN。2.1.2 加载方案及加载装置加载方案及加载装置 将试件的上端放入万能试验机的上端夹具中，慢慢移动万能试验机使得下端夹具移动到合适位置，在此过程中尽量确

7、保试件是轴心受力；荷载的加载方式采用位移控制，荷载数据由微机控制电子式万能试验机自动采集，再通过计算机实时记录下来。试验整体加载装置如图 2.1-1 所示。图 2.1-1 轴拉试验加载装置示意图 2.2 试验过程试验过程 2.2.1 试件设计试件设计 编 号 数 量 螺钉直径（mm）特 征 C0 3 5.5 单拉主龙骨（非连接件）C1 3 5.5 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 4 个螺钉整齐排列，连接件处外包混凝土 C2 3 5.5 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 6 个螺钉整齐排列，连接件处外包混凝土 C3 2 5.5 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 4 个螺钉整齐排列，连接件处的龙

8、骨内测浇筑少量混凝土 C4 2 5.5 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 6 个螺钉整齐排列，连接件处的龙骨内测浇筑少量混凝土 C5 1 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 6 个螺钉整齐排列，连接件处外包混凝土 C6 3 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 8 个螺钉整齐排列，连接件处不浇筑混凝土 C7 3 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 9 个螺钉整齐排列（2+1+2+4），连接件处不浇筑混凝土 C8 2 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 9 个螺钉整齐排列（2+3+4），连接件处不浇筑混凝土 C9 2 4.8（7）+5.5（2）主龙骨用一字型连接件连接，两侧

9、各 9 个螺钉整齐排列，连接件处不浇筑混凝土 C10 2 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 10 个螺钉整齐排列，连接件处不浇筑混凝土 C11 3 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 10 个螺钉错升排列，连接件处不浇筑混凝土 第第 6 页页 2.2.2 测试过程测试过程 基于试件和试验的特点，试验准备阶段主要是调整试验构件位置和实验设备，将试件的上端放入万能试验机的上端夹具中，慢慢移动万能试验机使得下端夹具移动到合适位置，尽量保证轴向拉伸受力；正式加载阶段即是对拉伸构件进行受力性能的测试。在正式加载阶段，采用位移控制的方式，均匀等速率为 4.8mm/min，荷载数据由微机控制电

10、子式万能试验机自动采集，再通过计算机实时记录下来，可获得拉伸试验全过程的试验数据。弹性变形阶段，螺钉与型钢龙骨之间出现一定的剪切挤压变形，螺钉连接处基本完好；随着位移的不断增加，螺钉与型钢龙骨之间的剪切挤压变形逐渐增大，螺钉开始倾斜；当达到峰值荷载时，螺钉倾斜严重，由于局部承压，螺钉孔径加大；随着连接处变形的不断增加，荷载逐渐下降，最终螺钉被剪断。2.3 试验结果试验结果 2.3.1 C0 组试件组试件（主龙骨单拉试件）（主龙骨单拉试件）（1）破坏现象 该组构件都是在主龙骨中孔对角拉坏，构件共三个，破坏形式相同，破坏现象分别如图2.3-1(a)(b)(c)所示。(a）(b)(c)图图 2.3-

11、1 主龙骨主龙骨破坏现象破坏现象 （2）拉伸强度 表表 2.3-1 主龙骨主龙骨轴拉轴拉试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）58.384 60.370 61.074 59.94 抗拉强度（N/mm2）513.490 530.950 537.150 527.20 图图 2.3-2 C0 组试件组试件荷载荷载-位移曲线位移曲线 010203040506070051015202530354045荷载荷载/KN 位移位移/mm ABC编 号 数 量 螺钉直径（mm）特 征 C12 1 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 11 个螺钉整齐排列（2+1+2+6），连接件

12、处不浇筑混凝土 C13 3 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 12 个螺钉错升排列，连接件处不浇筑混凝土 C14 3 4.8 主龙骨用一字型连接件连接，两侧各 12 个螺钉整齐排列，连接件处不浇筑混凝土 第第 7 页页 2.3.2 C1 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式沿腹板方向是水平裂缝，沿翼缘方向是斜裂缝。主龙骨都是在连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏。破坏现象分别如图 2.3-3(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-3 主龙骨外包混凝土一字型主龙骨外包混凝土一字型 4 螺钉整齐排列连接

13、破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象 （2）连接强度 表表 2.3-2 C1 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）25.463 28.374 28.446 27.43 抗拉强度（N/mm2）223.940 249.550 250.180 241.22 图图 2.3-4 C1 组试件组试件荷载荷载-位移曲线位移曲线 2.3.3 C2 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式沿腹板方向是水平裂缝，沿翼缘方向是斜裂缝。主龙骨都是在连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏，包括侧面螺钉。破坏现象分别如图 2.3-5(a)(b)(c)所

14、示。05101520253002468101214荷载荷载/KN 位移位移/mm ABC 第第 8 页页 (a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-5 主龙骨外包混凝土一字型主龙骨外包混凝土一字型 6 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-3 C2 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）38.370 36.884 38.151 37.80 抗拉强度（N/mm2）337.460 324.390 335.540 332.46 图图 2.3-6 C2 组试件组试件荷载荷载-位移曲线位移曲线 2.3.4 C

15、3 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共两个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式都是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，破坏形式是龙骨孔壁承压破坏。破坏现象分别如图 2.3-7(a)(b)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)图图 2.3-7 主龙骨内浇混凝土一字型主龙骨内浇混凝土一字型 4 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象 （2）连接强度 0510152025303540450246810 12 14 16 18 20 22 24 26 28荷载荷载/KN 位移位移/mm ABC 第第 9 页页 表表 2.3-4 C3 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平

16、均值 极限拉力（kN）24.509 26.158 25.33 抗拉强度（N/mm2）215.550 230.060 222.81 图图 2.3-8C3 组试件组试件荷载荷载-位移曲线位移曲线 2.3.5 C4 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共两个，破坏形式与主龙骨内浇混凝土一字型 4 螺钉连接相同，混凝土裂缝开展形式都是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，破坏形式是龙骨孔壁承压破坏。破坏现象分别如图 2.3-9(a)(b)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)图图 2.3-9 主龙骨内浇混凝土一字型主龙骨内浇混凝土一字型 6 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象 （2

17、）连接强度 表表 2.3-5 C4 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）37.478 37.134 37.31 抗拉强度（N/mm2）329.620 326.590 328.11 图图 2.3-10C4 组试件组试件荷载荷载-位移曲线位移曲线 2.3.6 C5 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共一个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式沿腹板方向是水平裂缝，沿翼缘方向是斜裂缝。主龙骨都是在连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏，包括侧面螺钉。破坏现象分别如图 2.3-11(a)所示。(a1)(a2)图图 2.3-11 主龙骨外包混凝土一字型主龙骨外包混凝土一字

18、型 6 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象 051015202530024681012141618荷载荷载/KN 位移位移/mm AB05101520253035400246810121416182022荷载荷载/KN 位移位移/mm AB 第第 10 页页（2）连接强度 表表 2.3-6 C5 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A 平均值 极限拉力（kN）49.936 49.936 抗拉强度（N/mm2）439.190 439.190 2.3.7 C6 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏，包括侧

19、面螺钉。破坏现象分别如图 2.3-12(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-12 主龙骨一字型主龙骨一字型 8 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-7 C6 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）49.800 43.200 42.600 45.200 抗拉强度（N/mm2）437.995 379.947 374.670 397.537 2.3.8 C7 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏，包

20、括侧面螺钉。破坏现象分别如图 2.3-13(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)第第 11 页页 (b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-13 主龙骨一字型主龙骨一字型 9 螺钉（螺钉（2+1+2+4）整齐排列连接破坏现象）整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-8 C7 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）55.200 52.700 53.200 53.700 抗拉强度（N/mm2）485.488 463.500 467.898 472.295 2.3.9 C8 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共两个，构件破坏形式相同。构件都是在螺

21、钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏，包括侧面螺钉。破坏现象分别如图 2.3-14(a)(b)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)图图 2.3-14 主龙骨一字型主龙骨一字型 9 螺钉（螺钉（2+3+4）整齐排列连接破坏现象）整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-9 C8 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）56.200 53.200 54.700 抗拉强度（N/mm2）494.400 467.700 481.050 2.3.10 C9 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共两个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉

22、剪切破坏（包括侧面螺钉）以及螺钉连接处薄弱截面断裂破坏。破坏现象分别如图 2.3-15(a)(b)所示。第第 12 页页 (a1)(a2)(b1)(b2)图图 2.3-15 主龙骨一字型主龙骨一字型 9 螺钉（不同直径）整齐排列连接破坏现象螺钉（不同直径）整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-10 C9 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）54.700 55.200 54.950 抗拉强度（N/mm2）481.500 485.600 483.550 2.3.11 C10 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共两个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连

23、接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏（包括侧面螺钉）。破坏现象分别如图 2.3-16(a)(b)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)图图 2.3-16 主龙骨一字型主龙骨一字型 10 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-11 C10 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）54.800 55.700 55.250 抗拉强度（N/mm2）482.000 490.100 486.050 2.3.12 C11 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏（包

24、括侧面螺钉）以及螺钉连接处薄弱截面断裂破坏。破坏现象分别如图 2.3-17(a)(b)(c)所示。第第 13 页页 (a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-17 主龙骨一字型主龙骨一字型 10 螺钉错升排列连接破坏现象螺钉错升排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-12 C12 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）50.600 54.500 54.700 53.267 抗拉强度（N/mm2）444.700 479.300 481.100 468.367 2.3.13 C12 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共一个，构件都是在

25、螺钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉连接处薄弱截面断裂破坏。破坏现象分别如图 2.3-18(a)所示。(a1)(a2)图图 2.3-18 主龙骨一字型主龙骨一字型 11 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-13 主龙骨一字型主龙骨一字型 11 螺钉整齐排列连接螺钉整齐排列连接 1 个个试件荷载实测值试件荷载实测值 A 平均值 极限拉力（kN）58.400 58.400 抗拉强度（N/mm2）513.200 513.200 2.3.14 C13 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连接处破坏，主要破坏形式为螺钉连接处

26、薄弱截面断裂破坏。破坏现象分别如图 2.3-19(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)第第 14 页页 (b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-19 主龙骨一字型主龙骨一字型 12 螺钉错升排列连接破坏现象螺钉错升排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-14 C13 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）57.000 57.500 58.300 57.600 抗拉强度（N/mm2）501.200 505.900 512.900 506.667 2.3.15 C14 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，构件破坏形式相同。构件都是在螺钉连接

27、处破坏，主要破坏形式为螺钉连接处薄弱截面断裂破坏。破坏现象分别如图 2.3-20(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 2.3-20 主龙骨一字型主龙骨一字型 12 螺钉整齐排列连接破坏现象螺钉整齐排列连接破坏现象（2）连接强度 表表 2.3-15 C14 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）57.300 56.800 54.800 56.300 抗拉强度（N/mm2）503.800 499.400 482.100 495.100 第第 15 页页 2.3.16 结果对比与分析结果对比与分析 试件的破坏过程有一定的共性

28、：加载初期，荷载位移曲线呈线性；随着加载的进行，由线性逐渐变为非线性，曲线斜率下降；加载继续进行，荷载涨幅不大但变形不断发展，曲线趋于平缓，各个试件连接区段有较大的变形；同时，同一组试件的荷载位移曲线比较接近，但并不完全重合。这主要是各试件在加工制作过程中存在连接板件平整程度不同及螺钉的拧紧程度不同等初始缺陷造成的。结合试件的荷载位移曲线，可以将本轮冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接抗剪试验的破坏过程分为以下几个阶段。(1)弹性阶段：试件荷载位移曲线呈线性关系增长，荷载主要由连接试件螺钉杆与孔壁承压及螺钉杆抗剪传递。(2)弹塑性阶段：荷载位移曲线的斜率逐渐减小，呈非线性增长，曲线变缓。此阶段螺杆发生倾斜

29、，螺钉孔壁出现塑性变形，连接区段板端翘起。(3)塑性阶段：荷载位移曲线趋于平缓，试件连接区段变形加剧，但荷载增加幅度不大，部分连接区段板件进入塑性阶段。(4)破坏阶段：对于螺钉被剪断的连接，其破坏阶段主要表现在荷载位移曲线突然下降段，而对于螺钉倾斜被拔出及连接区段板件撕裂的试件，其荷载位移曲线没有明显的下降段。由试件的极限拉力和抗拉强度平均值对比图可知：1.C1 组与 C3 组、C2 组与 C4 组结果相差不大，即当螺钉数目、螺钉直径及排列方式固定时，外包混凝土的大小对试件的极限拉力影响较小。2.C1 组与 C2 组、C3 组与 C4 组 C6 与 C8 组结果相差很大，即当螺钉直径及排列方式

30、固定时，极限拉力随螺钉个数的增加而几乎呈线性比例增长；但是 C10 组与 C14 组、C11 组与 C13 组结果相差不大，说明当螺钉个数达到一定数量时，极限拉力随螺钉个数的增加增加的也将不明显。3.C2 组与 C5 组结果相差很大，说明螺钉数目及排列方式固定时，螺钉的直径对极限拉力的影响很大；但是比较 C8 组与 C9 组，两组结果相差很小，说明螺钉数目及排列方式固定时，改变少量螺钉的直径对极限拉力的影响很小。4.C7 与 C8 组、C10 与 C11 组、C13 与 C14 组结果相差很小，说明当螺钉数量与螺钉直径相同时，螺钉的排列方式对极限拉力的影响很小，错升排列的极限拉力会大少许。5.

31、根据 C12 组的结果，发现当螺钉直径相同时，螺钉数量对极限拉力的影响会有一个峰值，不一定就是螺钉数量越多，极限拉力就会越大。图图 2.3-21 试件试件极限拉力平均值对比图极限拉力平均值对比图 图图 2.3-22 试件试件极限极限抗拉强度平均值对比图抗拉强度平均值对比图 010203040506070C0C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14极限拉力/KN 0100200300400500600C0C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14抗拉强度/N/mm2 第第 16 页页 2.4 试验试验结论结论 C 型主龙骨连接性能试验共进行了 1

32、5 组轴向拉伸试验，测试了轴向受拉全过程，观察了受拉过程中的性能变化。通过试验现象和数据的分析得到以下结论：1.试件的破坏模式主要有螺钉剪切破坏、孔壁承压破坏、螺钉斜拔破坏、螺钉连接处薄弱截面破坏等；完整的破坏过程主要有弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和破坏阶段等 4 个阶段。2.当螺钉数目、螺钉直径及排列方式固定时，外包混凝土的大小对试件的极限拉力影响较小。3.当螺钉直径及排列方式固定时，试件的极限拉力随螺钉个数的增加而增长；但随着螺钉数量的增加，极限拉力的增加速度会越来越慢，甚至会出现达到峰值后降低的可能。4.当螺钉数目与排列方式相同时，螺钉的直径对试件的极限拉力影响很大；但是改变少量螺钉的

33、直径，对试件的极限拉力的影响不大。5.当螺钉数量与螺钉直径相同，螺钉间距不大时，螺钉的排列方式对试件的极限拉力的影响不大，错升排列的极限拉力会大稍许。6.试件的冷弯薄壁型钢构件均未出现破坏，几乎都是节点螺钉处或者螺钉连接处的薄弱截面发生破坏，可见构件螺钉数量不够充足，连接节点的强度不高，节点区拉伸承载力低于母材的拉伸承载力，需根据解决建议重新调整设计。第第 17 页页 第三章 型次龙骨连接性能试验 3.1 试验装置试验装置 3.1.1 试验仪器试验仪器 长春试验机研究所生产的 CSS WAW-1000DL 电液伺服万能试验机，最大试验力为 1000KN。3.1.2 加载方案及加载装置加载方案及

34、加载装置 将试件的上端放入万能试验机的上端夹具中，慢慢移动万能试验机使得下端夹具移动到合适位置，在此过程中尽量确保试件是轴心受力；荷载的加载方式采用位移控制，荷载数据由微机控制电子式万能试验机自动采集，再通过计算机实时记录下来。试验整体加载装置如图 3.1-1 所示。图 3.1-1 轴拉试验加载装置示意图 3.2 试验过程试验过程 3.2.1 试件设计试件设计 编号 数量 螺钉直径（mm）特征 0 3 次龙骨（非连接试件）1 3 5.5 次龙骨单螺钉连接 2 3 5.5 次龙骨双螺钉连接 3 3 5.5 次龙骨叠加单螺钉主龙骨处连接 4 3 5.5 次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接 5 2 5.5

35、 次龙骨非叠加单螺钉主龙骨处连接 6 1 4.8 次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接 7 3 4.8 次龙骨双螺钉连接 3.2.2 测试过程测试过程 本试验测试试件轴拉受力全过程，基于试件和试验的特点，试验准备阶段主要是调整试验构件位置和实验设备，将试件的上端放入万能试验机的上端夹具中，慢慢移动万能试验机使得下端夹具移动到合适位置，尽量保证轴向拉伸受力；正式加载阶段即是对拉伸构件进行受力性能的测试。在正式加载阶段，采用位移控制的方式，均匀等速率为 4.8mm/min，荷载数据由微机控制电子式万能试验机自动采集，再通过计算机实时记录下来，可获得拉伸试验全过程的试验数据。弹性变形阶段，螺钉与型钢龙骨之间

36、出现一定的剪切挤压变形，螺钉连接处基本完好；随着位移的不断增加，螺钉与型钢龙骨之间的剪切挤压变形逐渐增大，螺钉开始倾斜；当达到峰值荷载时，螺钉倾斜严重，由于局部承压，螺钉孔径加大；随着连接处变形的不断增加，荷载逐渐下降，最终螺钉被剪断。3.3 试验结果试验结果 3.3.1 0 组试件组试件（1）破坏现象 第第 18 页页 该组构件都是在次龙骨中孔沿横向拉坏，构件共三个，破坏形式相同，破坏现象分别如图3.3-1(a)(b)(c)所示。(a)(b)(c)图图 3.3-1 次龙骨破坏现象次龙骨破坏现象（2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示，荷载-位移曲线如下图所示：表表 3.3-1 次龙

37、骨次龙骨 3 个个试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）25.400 24.968 25.523 25.30 抗拉强度（N/mm2）557.010 547.540 559.710 554.75 图图 3.3-2 次龙骨荷载次龙骨荷载-位移曲线位移曲线 3.3.2 1 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式沿腹板方向是水平裂缝，混凝土破坏程度比主龙骨外包混凝土轻。次龙骨都是在连接处破坏，主要破坏形式为螺钉剪切破坏。破坏现象分别如图 3.3-3(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 3.3-3

38、次龙骨单螺钉连接破坏现象次龙骨单螺钉连接破坏现象（2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示，荷载-位移曲线如下图所示：表表 3.3-21 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）18.551 14.514 17.223 16.76 抗拉强度（N/mm2）406.820 318.280 377.690 367.60 051015202530051015202530荷载荷载/KN 位移位移/mm ABC 第第 19 页页 图图 3.3-4 次龙骨单螺钉连接荷载次龙骨单螺钉连接荷载-位移曲线位移曲线 3.3.2 2 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个

39、，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式和程度与次龙骨单螺钉连接相似。主龙骨都是在连接处破坏，破坏形式有螺钉剪切破坏和孔壁承压破坏。破坏现象分别如图 3.3-5(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 3.3-5 次龙骨双螺钉连接破坏现象次龙骨双螺钉连接破坏现象（2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示，荷载-位移曲线如下图所示：表表 3.3-32 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）24.269 23.568 23.92 抗拉强度（N/mm2）532.210 516.840 524.53 图图 3.3-6 次龙骨双螺钉连

40、接次龙骨双螺钉连接荷载荷载-位移曲线位移曲线 02468101214161820024681012141618荷载荷载/KN 位移位移/mm ABC05101520253002468101214161820荷载荷载/KN 位移位移/mm AB 第第 20 页页 3.3.4 3 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式都是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，破坏形式为螺钉剪切破坏。破坏现象分别如图 3.3-7(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)图图 3.3-7 次龙骨叠加单螺钉主龙骨处连接破坏现象次龙骨叠加单螺钉主龙

41、骨处连接破坏现象（2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示，荷载-位移曲线如下图所示：表表 3.3-43 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）16.451 17.330 21.333 18.37 抗拉强度（N/mm2）360.760 380.040 467.820 402.87 图图 3.3-8 次龙骨叠加单螺钉主龙骨处连接次龙骨叠加单螺钉主龙骨处连接荷载荷载-位移曲线位移曲线 3.3.5 4 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，破坏形式与次龙骨叠加单螺钉主龙骨处连接相同，混凝土裂缝开展形式都是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，破

42、坏形式为螺钉剪切破坏。破坏现象分别如图3.3-9(a)(b)(c)所示。(a1)(a2)(b1)05101520250246810 12 14 16 18 20 22 24 26荷载荷载/KN 位移位移/mm ABC 第第 21 页页 (b2)(c1)(c2)图图 3.3-9 次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接破坏现象次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接破坏现象（2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示，荷载-位移曲线如下图所示：表表 3.3-54 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）22.312 22.075 22.19 抗拉强度（N/mm2）489.290 48

43、4.100 486.70 图图 3.3-10 次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接荷载荷载-位移曲线位移曲线 3.3.6 5 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共两个，混凝土破坏形式相同，裂缝开展形式都是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，主要破坏形式是螺钉剪切破坏。破坏现象分别如图 3.3-11(a)(b)所示。(a1)(a2)(b1)(b2)图图 3.3-11 次龙骨非叠加单螺钉主龙骨处连接破坏现象次龙骨非叠加单螺钉主龙骨处连接破坏现象 （2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示，荷载-位移曲线如下图所示：表表 3.3-6 5 连接连接试件荷载实测值试

44、件荷载实测值 A B 平均值 极限拉力（kN）11.790 11.239 11.51 抗拉强度（N/mm2）258.550 246.460 252.51 0510152025024681012141618荷载荷载/KN 位移位移/mm AB 第第 22 页页 图图 3.3-12 次龙骨非叠加单螺钉主龙骨处连接次龙骨非叠加单螺钉主龙骨处连接荷载荷载-位移曲线位移曲线 3.3.7 6 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共一个，混凝土裂缝开展形式是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，破坏形式为龙骨连接处薄弱截面断裂。破坏现象分别如图 3.3-13(a)所示。(a1)(a2)图图 3.3-1

45、3 次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接破坏现象次龙骨叠加双螺钉主龙骨处连接破坏现象（2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所：表表 3.3-76 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A 平均值 极限拉力（kN）10.027 10.027 抗拉强度（N/mm2）219.890 219.890 3.3.8 7 组试件组试件（1）破坏现象 该组构件共三个，构件破坏形式相同。混凝土裂缝开展形式都是沿腹板方向的水平裂缝。龙骨都是在连接处破坏，破坏形式为螺钉剪切破坏与龙骨连接处薄弱截面断裂。破坏现象分别如图3.3-14(a)(b)(c)所示。（a1）（a2）（b1）（b2）024681012140246

46、81012荷载荷载/KN 位移位移/mm AB 第第 23 页页 （c1）（c2）图图 3.3-14 次龙骨双螺钉连接破坏现象次龙骨双螺钉连接破坏现象 （2）连接强度 构件的极限拉力和抗拉强度如下表所示：表表 3.3-77 连接连接试件荷载实测值试件荷载实测值 A B C 平均值 极限拉力（kN）15.692 17.205 13.165 15.354 抗拉强度（N/mm2）344.123 377.303 288.706 336.710 3.3.7 结果对比与分析结果对比与分析（1）15 组构件的外包混凝土破坏形式都相同，裂缝开展形式沿腹板方向是水平裂缝，裂缝宽度不大，混凝土破坏程度比主龙骨外包

47、混凝土构件轻。（2）次龙骨都是在连接处破坏，破坏形式有螺钉剪切破坏和孔壁承压破坏。除了2 组有两个构件是孔壁承压破坏外，其他都为螺钉剪切破坏，可见节点区拉伸承载力低于母材的拉伸承载力。（3）比较2 组与7 组、4 组与6 组结果，发现极限拉力均值差别较大，说明，当试件的螺钉排列方式相同时，试件的极限拉力随着螺钉直径的增大会有所增大。3.4 试验试验结论结论 本批拉伸试件破坏形式主要有混凝土拉坏、龙骨孔壁承压破坏和螺钉剪切破坏，是螺钉连接构件典型的破坏形式。图图 3.3-15 试件试件极限拉力平均值对比图极限拉力平均值对比图 图图 3.3-16 试件试件极限极限抗拉强度平均值对比图抗拉强度平均值

48、对比图 螺钉连接型的钢构件要求螺钉节点区的承载力高于所连接构件（母材）的承载力，即整体构件发生破坏时连接构件发生破坏，而螺钉节点部位不发生破坏，这样的构件才符合要求。而本批构件几乎都是节点螺钉处发生破坏，可见构件螺钉数量不够充足，螺钉的直径大小不够大，连接节点的强度不高，节点区拉伸承载力低于母材的拉伸承载力，不满足设计要求，需根据解决建议重新调整设计。0510152025300 1 2 3 4 5 6 7 极限拉力/KN 极限拉力 01002003004005006000 1 2 3 4 5 6 7 抗拉强度/N/mm2 抗拉强度 第第 24 页页 第四章 总结和建议 4.1 总结 C 型主龙

49、骨连接性能试验共进行了 15 组轴向拉伸试验，测试了轴向受拉全过程，观察了受拉过程中的性能变化。通过试验现象和数据的分析得到以下结论：1.试件的破坏模式主要有螺钉剪切破坏、孔壁承压破坏、螺钉斜拔破坏、螺钉连接处薄弱截面破坏等；完整的破坏过程主要有弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和破坏阶段等 4 个阶段。2.试件的冷弯薄壁型钢构件均未出现破坏，几乎都是节点螺钉处或者螺钉连接处的薄弱截面发生破坏，可见构件螺钉数量不够充足，连接节点的强度不高，节点区拉伸承载力低于母材的拉伸承载力，需根据解决建议重新调整设计。3.当螺钉数目、螺钉直径及排列方式固定时，外包混凝土的大小对试件的极限拉力影响较小。4.当螺钉

50、直径及排列方式固定时，试件的极限拉力随螺钉个数的增加而增长；但随着螺钉数量的增加，极限拉力的增加速度会越来越慢，甚至会出现达到峰值后降低的可能。5.当螺钉数目与排列方式相同时，螺钉的直径对试件的极限拉力影响很大；但是改变少量螺钉的直径，对试件的极限拉力的影响不大。6.当螺钉数量与螺钉直径相同，螺钉间距不大时，螺钉的排列方式对试件的极限拉力的影响不大，错升排列的极限拉力会大稍许。型次龙骨连接性能试验共进行了 8 组轴向拉伸试验，测试了轴向受拉全过程，观察了受拉过程中的性能变化。通过试验现象和数据的分析得到以下结论：1.本批拉伸试件破坏形式主要有混凝土拉坏、龙骨孔壁承压破坏和螺钉剪切破坏，是螺钉连