本技术涉及贴板增程式变形螺纹锚固单向螺栓连接结构及装配方法,结构包括螺杆、工字钢梁、贴板和闭口矩形钢管柱;工字钢梁、贴板和闭口矩形钢管柱上均设有安装孔,工字钢梁上安装孔为光滑孔,贴板和闭口矩形钢管柱上安装孔为螺纹孔,螺杆依次穿过工字钢梁、贴板和闭口矩形钢管柱上安装孔,并通过表面螺纹连接螺纹孔的内螺纹;贴板和闭口矩形钢管柱上螺纹孔的内螺纹牙型为多阶斜面。与现有技术相比,本发明具有结构紧凑、承载能力强和使用场景范围广等优点。
背景技术
在钢结构工程领域中,相较于开口截面钢构件,闭口截面钢构件有以下优势:闭口截面钢构件的截面回转半径远大于前者,其局部稳定性、抗弯刚度、抗扭刚度等力学参数相较前者有显著提高。目前闭口截面钢构件连接常采用焊接连接和螺栓连接两种方式。钢结构焊接节点在地震灾害当中多表现为脆性破坏,不能充分利用材料本身的性能。相比之下,螺栓连接节点多表现为半刚性,具有更好的抗震性能。因此推荐在工程中广泛使用。
但封闭截面导致普通高强螺栓缺乏施工操作空间,针对这一问题,目前已提出了内隔板式、贯通隔板式、外加劲环板式等连接方式,均需要大量的现场焊接作业;或采用传统螺栓端板连接,先在钢管柱柱壁上开设临时安装孔拧紧螺母,然后补焊安装孔。传统螺栓端板连接中的切割和补焊操作既影响了钢管柱的整体性,又使结构产生残余应力,降低了结构承载力。
近年来,可以实现单侧安装、单侧拧紧的单边螺栓作为一种新型紧固件开始应用于闭口截面节点连接中。目前常见的单边螺栓有套管变形锚固式单边螺栓、穿芯螺栓、折叠垫片式和螺纹锚固单向螺栓等形式。套管变形锚固式单边螺栓主要通过向外拉动螺杆使螺栓上的套管变形,进而在钢管柱内侧扩大形成内锚头,达到锚固的作用。穿芯螺栓主要是对拉式螺栓,依靠柱壁形成锚固作用。折叠垫片式单边螺栓先将螺栓的各部分安装到特殊的安装工具上,将螺栓插入螺栓孔,再将折叠垫片展开,利用垫片起到锚固作用。螺纹锚固单向螺栓主要通过在柱壁螺栓孔上加工螺纹以代替传统螺母对螺栓杆进行锚固。
套管变形锚固式单边螺栓和折叠垫片式单边螺栓需要特殊的加工制造工艺和安装工具,成本高昂、施工精度高、安装复杂;穿芯螺栓在施工时易造成柱壁提前屈曲。相比之下,螺纹锚固单边螺栓具有显著优势。由于采用普通高强螺栓,不需要特殊安装工具,更加经济和方便,在钢结构闭口截面连接中应用前景广阔。
大量研究表明,螺纹锚固螺栓的荷载按照双曲余弦函数分布,螺栓端部螺纹承担了大部分荷载,螺牙和螺纹的“面-面”接触导致螺柱内拉力不能均匀传递至多道螺纹内;当锚固件壁厚太薄时,导致螺纹长度不足、锚固板件上的屈服线长度不够,进而引起螺纹脱丝。当连接板厚度较小时,连接件还会因螺纹牙剪坏发生拉脱破坏。同时,钢管柱柱壁较薄时,在螺栓拉力的作用下,柱壁易发生平面外变形,从而限制节点承载力的提升。
在当前结构工程领域,通过板件开孔攻丝实现螺栓连接的制孔技术相对落后,普遍尚未采用变形螺纹这一机械领域的成熟技术;目前加固手段中常见的闭口截面“内衬”加强构造忽略了闭口截面内部难以触及的客观事实,不便施工,不利制造;
因此,采用新型连接方式,实现闭口截面单向螺栓连接的变形螺纹锚固构造及其锚固长度增程方法,方便快捷地提升螺纹锚固单向螺栓连接的抗拉承载力,是亟待解决的问题。
实现思路