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浙江大学学报(工学版)  2023, Vol. 57 Issue (12): 2489-2500    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.12.016
土木工程、水利工程     
单边螺栓连接T形件-钢管节点高温下及高温后受拉性能
尤洋1(),王培军2,*(),孙乐乐3,叶继红4,姜健4
1. 山东交通学院 交通土建工程学院,山东 济南 250357
2. 山东大学 土建与水利学院,山东 济南 250061
3. 哈尔滨工程大学 烟台研究院,山东 烟台 264000
4. 中国矿业大学 力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116
Tensile behavior of one-side bolted T-stub to tube connection at fire and post-fire circumstances
Yang YOU1(),Pei-jun WANG2,*(),Le-le SUN3,Ji-hong YE4,Jian JIANG4
1. School of Transportation and Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, China
2. School of Civil Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China
3. Yantai Research Institute, Harbin Engineering University, Yantai 264000, China
4. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China
 全文: PDF(4001 KB)   HTML
摘要:

通过试验,研究螺纹锚固单边螺栓连接节点在高温下及高温后的受拉性能,并与标准高强螺栓连接节点进行比较. 在高温试验中,采用恒温加载和恒载升温2种方式,研究不同温度及荷载比对节点破坏模式及承载力的影响;在高温后试验中,研究火灾阶段的温度及荷载对节点破坏模式和承载力的影响. 试验结果表明,单边螺栓连接T形件-钢管节点存在4种典型破坏模式,且高温下和高温后节点的破坏模式均不会发生改变. 随着温度升高,节点承载性能下降明显,但试验节点在屈服前均未出现钢管柱壁上的螺纹破坏. 在高温后试验中,节点的残余承载力与常温下基本相同,表明节点在火灾后仍具有良好的承载力. 节点发生端板屈服伴随螺栓破坏时的单边螺栓性能与标准螺栓相近. 根据试验结果,提出单边螺栓节点高温下的承载力计算方法,所提公式的计算结果与试验结果吻合较好.

关键词: 螺纹锚固单边螺栓火灾温度高温后受力性能设计方法    
Abstract:

The tensile behavior of the thread-fixed one-side bolted T-stub to tube connection under fire and post-fire circumstances was studied. Fire tests were conducted using both transient-state and steady-state methods, and a comparison was made with standard high-strength bolted connections. The post-fire test analyzed the influence of temperature and applied load on the residual behavior of the connection. The results revealed four typical failure modes of the connection, all the four modes remained unchanged in both fire and post-fire scenarios. The connection exhibited a rapid decrease in tensile performance at high temperatures. No thread failure on the steel tube column wall occurred before yielding in the connection. In the post-fire test, the residual load-bearing capacity of the connections was basically the same as at room temperature, indicating that the connections still possess good load-bearing capacity after a fire. The performance of the one-side bolts in connections with end-plate yielding accompanied by bolt failure is similar to that of standard bolts. Based on the test results, a method for calculating the load-bearing capacity of one-side bolted connections at high temperatures was proposed, and the calculated results matched well with the test results.

Key words: thread-fixed    one-side bolt    fire temperature after fire    load-bearing capacity    design method
收稿日期: 2023-06-01 出版日期: 2023-12-27
CLC:  TU 391  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(52078280, 52127814);山东省自然科学基金资助项目(ZR2023QE324)
通讯作者: 王培军     E-mail: 574948117@qq.com;pjwang@sdu.edu.cn
作者简介: 尤洋(1995—),男,副教授,博士,从事钢结构抗火性能研究. orcid.org/0000-0002-8111-7766. E-mail: 574948117@qq.com
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尤洋
王培军
孙乐乐
叶继红
姜健

引用本文:

尤洋,王培军,孙乐乐,叶继红,姜健. 单边螺栓连接T形件-钢管节点高温下及高温后受拉性能[J]. 浙江大学学报(工学版), 2023, 57(12): 2489-2500.

Yang YOU,Pei-jun WANG,Le-le SUN,Ji-hong YE,Jian JIANG. Tensile behavior of one-side bolted T-stub to tube connection at fire and post-fire circumstances. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2023, 57(12): 2489-2500.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2023.12.016        https://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2023/V57/I12/2489

图 1  试验试件及装置
试件 dtw/mm dep/mm D/mm 螺栓类型
S1 6 12 16 OB
S2 12 12 16 OB
S3 12 6 16 OB
S4 12 12 10 OB
S5 6 12 16 SB
S6 12 12 16 SB
表 1  试验试件分组及参数
图 2  高温电炉及万能试验机
图 3  试验中的升温速率
图 4  S1组试件的破坏模式
图 5  S2组试件的破坏模式
图 6  S3组试件的破坏模式
图 7  S4组试件的破坏模式
图 8  不同试验中的荷载位移曲线
试件 θ/℃ FY/kN FU/kN 破坏模式
S1 20 28.1 41.9 钢管屈服破坏
S2 20 118.8 173.4 端板屈服伴随螺栓破坏
S3 20 47.7 70.4 端板屈服破坏
S4 20 74.1 93.0 螺栓拉断
S5 20 29.1 52.1 钢管屈服破坏
S6 20 120.2 186.2 端板屈服伴随螺栓破坏
表 2  试件的常温试验结果
试件 θ/℃ FY/kN FU/kN 破坏模式
S1 500 17.2 27.2 钢管屈服破坏
S1 700 5.5 7.5 钢管屈服破坏
S2 500 68.5 113.2 端板屈服伴随螺栓破坏
S2 700 17.5 25.9 端板屈服伴随螺栓破坏
S3 500 23.1 38.7 端板屈服破坏
S3 700 8.0 14.6 端板屈服破坏
S4 500 43.2 53.7 螺栓拉断
S4 700 9.3 11.3 螺栓拉断
S5 500 18.7 36.1 钢管屈服破坏
S5 700 5.7 8.7 钢管屈服破坏
S6 500 68.6 110.6 端板屈服伴随螺栓破坏
S6 700 18.5 27.2 端板屈服伴随螺栓破坏
表 3  试件的恒温加载高温试验结果
图 9  S1组试件的荷载位移曲线
图 10  S2组试件的荷载位移曲线
图 11  S3组试件的荷载位移曲线
图 12  S4组试件的荷载位移曲线
试件 μ Fμ/kN 破坏模式 θF /℃ Δ/mm
S1 0.50 14.1 钢管屈服破坏 614.8 10.5
S1 0.75 21.1 钢管屈服破坏 552.7 6.8
S2 0.50 59.4 端板屈服伴随螺栓破坏 639.7 22.3
S2 0.75 89.1 端板屈服伴随螺栓破坏 573.5 18.6
S3 0.50 23.9 端板屈服破坏 654.0 29.9
S3 0.75 35.8 端板屈服破坏 578.9 27.1
S4 0.50 37.1 螺栓拉断 572.1 10.3
S4 0.75 55.6 螺栓拉断 500.5 7.5
S5 0.50 14.6 钢管屈服破坏 673.3 92.0
S5 0.75 21.8 钢管屈服破坏 605.1 83.0
S6 0.50 60.1 端板屈服伴随螺栓破坏 569.1 21.2
S6 0.75 90.2 端板屈服伴随螺栓破坏 502.3 19.0
表 4  试件的恒载升温高温试验结果
试件编号 θ/℃ μ Fμ/kN 破坏阶段 破坏模式 FY,R/kN FY,R/FY FU,R/kN FU,R/FU
S1 500 0.25 7.1 阶段3 钢管屈服破坏 27.0 0.96 39.7 0.95
S1 500 0.50 14.1 阶段3 钢管屈服破坏 26.8 0.95 38.8 0.93
S1 700 0.25 7.1 阶段2 钢管屈服破坏
S2 500 0.25 29.7 阶段3 端板屈服伴随螺栓破坏 107.6 0.91 164.9 0.95
S2 500 0.50 59.4 阶段3 端板屈服伴随螺栓破坏 104.3 0.88 153.7 0.89
S2 700 0.25 29.7 阶段2 端板屈服伴随螺栓破坏
S3 500 0.25 12.0 阶段3 端板屈服破坏 44.1 0.92 62.1 0.88
S3 500 0.50 23.9 阶段3 端板屈服破坏 43.4 0.91 61.9 0.88
S3 700 0.25 12.0 阶段3 端板屈服破坏 43.1 0.91 62.7 0.89
S4 500 0.25 18.6 阶段3 螺栓拉断 70.2 0.95 91.1 0.98
S4 500 0.50 37.1 阶段3 螺栓拉断 69.3 0.94 89.7 0.96
S4 700 0.25 18.6 阶段2 螺栓拉断
S5 500 0.25 7.3 阶段3 钢管屈服破坏 27.1 0.93 48.8 0.94
S5 500 0.50 14.6 阶段3 钢管屈服破坏 26.8 0.92 48.7 0.93
S5 700 0.25 7.3 阶段3 钢管屈服破坏 26.3 0.90 48.8 0.94
S6 500 0.25 30.1 阶段3 端板屈服伴随螺栓破坏 114.3 0.95 180.4 0.97
S6 500 0.50 60.1 阶段3 端板屈服伴随螺栓破坏 113.2 0.94 174.7 0.94
S6 700 0.25 30.1 阶段3 端板屈服伴随螺栓破坏
表 5  试件的高温后试验结果
图 13  S5组试件的破坏模式
图 14  S1、S5组试件的荷载位移曲线比较
图 15  S6组试件的破坏模式
图 16  S2、S6组试件的荷载位移曲线比较
图 17  钢管屈服破坏的计算模型
图 18  考虑支座大变形的简化计算模型
图 19  端板屈服伴随螺栓破坏的计算模型
图 20  端板屈服破坏的计算模型
材料 θ/℃ fy/MPa fu/MPa E/GPa
6 mm钢板 20 338.6 468.0 204
6 mm钢板 500 210.1 313.6 140
6 mm钢板 700 67.2 73.1 28
12 mm钢板 20 314.0 460.0 204
12 mm钢板 500 206.5 308.2 140
12 mm钢板 700 59.9 68.1 28
螺栓 20 692.9 911.7 210
螺栓 500 372.3 489.8 113
螺栓 700 90.4 118.9 31
表 6  不同厚度钢板及螺栓的材料性能
试件 θ/℃ 试验结果 计算结果 (FE·FY?1)/%
FY/kN 破坏
模式
FE/kN 破坏
模式
S1 20 28.1 1 27.2 1 96.8
S1 500 17.2 1 16.9 1 98.3
S1 700 5.5 1 5.4 1 98.2
S2 20 118.8 2 125.4 2 105.6
S2 500 68.5 2 72.7 2 106.1
S2 700 17.5 2 18.9 2 108.0
S3 20 47.7 3 42.8 3 89.7
S3 500 23.1 3 25.1 3 108.7
S3 700 8.0 3 8.3 3 103.8
S4 20 74.1 4 74.2 4 100.1
S4 500 43.2 4 41.2 4 95.4
S4 700 9.3 4 10.0 4 107.5
表 7  所提公式的计算结果与试验结果比较
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