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铝合金肋顶夹节点抗拔性能试验分析

 论文栏目:铝合金论文     更新时间:2018/2/5 10:58:55   

【摘要】对比姆系列高强度铝合金肋顶夹和400/65直立锁边铝合金屋面板材节点进行抗拔力学性能试验,试验结果表明:比姆系列高强度铝合金肋顶夹节点具备较好的塑性,达到破坏和灾后尚能具备较大的延性;试件的破坏均出现在肋顶夹节点夹口与屋面板材的直立锁边处;该类节点极限抗拔力建议在6~7kN之间。

【关键词】抗拔力;比姆系列高强度铝合金肋顶夹;极限抗拔力

1工程概况

南京南站作为国内重要的交通枢纽,其结构的安全性不言而喻。其屋面结构由于出现渗漏现象,主管部门对屋面结构采取补强措施。补强措施为在原有屋面的基础上附加一层0.9mm厚度的400/65铝镁锰金属屋面板,如图1所示。该项目改造补强采用不破坏原屋面建筑系统的完整性设计方案,即在原屋面板的肋部设置肋顶夹的方式进行新老屋面连接施工,该做法属于新材料,新工艺范畴,根据指挥部专家意见,为了确保本项目的安全,减少风险,需要进行上述的连接抗风试验检测。因此,为保证结构补强后结构在各种荷载作用下的安全性和适用性,对比姆系列高强度铝合金肋顶夹和400/65直立锁边铝合金屋面板材节点进行抗拔性能试验,目的在于确定该类重要节点的实际抗拔承载力。

2试验方案

2.1试件

(见图1)其中,肋顶夹作为重要的连接件,其结构见图3。试件制作完成后,如图4所示。

2.2试验设备

采用20t等速伸长万能拉力试验机对试件进行拉伸试验,试件测点部位埋设应变片,应力和应变变化通过数据采集系统得到试验设备如图5所示[1,2]。

2.3试验参数

(1)试验机拉伸速度控制在10mm/min的拉伸速度。(2)由试验机得到的拉伸荷载-位移曲线及试验数据判断节点抗拔承载力。(3)受拉试件共五件,取承载力最小的试件试验拉力值作为节点抗拔承载力。

2.4破坏判断标准

节点抗拔承载力试验破坏按照强度判断标准判断承载力[3,4],分为以下几种情况,以最先出现的破坏形式作为该试件的破坏型式:(1)试件连接螺钉拉脱。(2)连接螺钉被拉断失去连接作用时。(3)夹板材之间受拉脱开。(4)位移曲线的峰值点数据作为试件的抗拔极限承载力。

3试验结果

3.1试验曲线

五个试件试验过程的应力-应变曲线如图6所示,从图6中可以看出,加载过程中5个试件加载试验得到的应力应变曲线具有相同的分布规律,曲线图分为三个阶段,第一阶段弹性阶段,应力应变曲线上升坡度较缓,应力增加少而变形增加显著;第二阶段,进入塑形阶段,应力应变曲线变陡,应力应变形成约45°角斜率增加;第三阶段,最大抗拔力峰值出现后,呈现较大区域的下降段,且曲线下降的曲率较为平缓。说明该类型节点具备较好的塑性特点,达到破坏和灾后尚能具备较大的延性,保证结构整体不出现突然的脆性破坏。5个试件中,5号试件结果明显偏离其他4个试件的曲线图,具体5个试件峰值对应抗拔力见表1。由表1可看出,5个试件的极限抗拔力基本均匀,除去5号试件的极限抗拔力达到9kN,其余四个试件的极限抗拔力均在6~7kN之间,取最小值作为该类节点的极限抗拔力,即6.3kN。试件表面面积为0.3m×0.3m=0.09m2,因此,换算极限抗拔承载力标准值:远大于设计荷载标准值40kN/m2,可以保证结构安全。

3.2破坏形式

5个试件加载完成后的破坏形式如图7所示。由5个试件的破坏型式可以看出:(1)所有试件的破坏均出现在肋顶夹节点夹口与屋面板材的直立锁边处,破坏形式均为肋顶夹足口脱出,从而造成直立锁边的脱开。(2)该类型节点的薄弱环节存在于肋顶夹节点的夹持作用是否足够。(3)自攻螺栓没有发生任何破坏,说明自攻螺钉的抗拔性能好于肋顶夹节点。

4结语

通过对5组比姆系列高强度铝合金肋顶夹节点进行极限抗拔承载力试验,得出如下结论:(1)比姆系列高强度铝合金肋顶夹节点具备较好的塑性,达到破坏和灾后尚能具备较大的延性。(2)试件的破坏基本出现在肋顶夹节点夹口与屋面板材的直立锁边处,破坏形式均为肋顶夹夹口脱出,从而造成直立锁边的脱开。(3)该类型节点的薄弱环节存在于肋顶夹节点的夹持作用是否足够。(4)该类型节点极限抗拔力建议在6~7kN之间。(5)该节点作为屋面补强工程满足受力要求。

参考文献

[1]张荣庆.大加强混凝土夹芯屋面板刚度的试验研究与分析[D].天津:天津大学,2005.

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[3]刘君,戴斐.工业厂房屋面管道托架加固分析[J].钢结构,2016,31(3):81-84.

[4]梁恒越,邓飞,红玉,等.开口压型金属板在曲面屋面中的应用[J].施工技术,2015,44(2):42-44.

作者:李燕 单位:同济大学浙江学院

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