高強(qiáng)度螺栓受剪連接抗火性能試驗(yàn)研究

范圣剛 舒贛平 霍昌盛

(1東南大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 210096)(2東南大學(xué)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210096)

(3上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

高強(qiáng)度螺栓受剪連接抗火性能試驗(yàn)研究

范圣剛1，2舒贛平1，2霍昌盛3

(1東南大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 210096)(2東南大學(xué)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210096)

(3上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

為了考察高強(qiáng)度螺栓受剪連接的抗火性能，用試驗(yàn)方法研究了其在高溫狀態(tài)下和過(guò)火冷卻后的抗剪性能與行為反應(yīng).通過(guò)穩(wěn)態(tài)升溫試驗(yàn)，對(duì)5組(共8個(gè))試件開展了火災(zāi)試驗(yàn)，研究了滑移荷載與極限荷載隨溫度的變化規(guī)律;通過(guò)常溫下試驗(yàn)，研究了6組(共15個(gè))過(guò)火后試件的受力性能，揭示了過(guò)火溫度、過(guò)火處理方法和冷卻方式對(duì)滑移荷載的影響.結(jié)果表明:當(dāng)溫度超過(guò)350℃時(shí)，滑移荷載與極限荷載隨溫度升高急劇下降;過(guò)火溫度越高，冷卻后試件的滑移荷載值越小，且不同過(guò)火處理和冷卻方式的試件滑移荷載值是不相同的.擬合出了高溫下滑移荷載與極限荷載折減系數(shù)以及過(guò)火后滑移荷載折減系數(shù)的近似計(jì)算公式，建議高強(qiáng)度螺栓受剪連接抗火分析的臨界溫度取350℃，為鋼結(jié)構(gòu)抗火研究提供參考依據(jù).

高強(qiáng)度螺栓;受剪連接;抗火性能;高溫

節(jié)點(diǎn)連接是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，連接性能的好壞直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的整體性能.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生破壞，結(jié)構(gòu)整體受力性能將會(huì)發(fā)生較大改變，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)完全喪失承載能力或連續(xù)倒塌.高強(qiáng)度螺栓連接具有連接緊密、受力性能穩(wěn)定、安裝簡(jiǎn)單及承受動(dòng)力荷載時(shí)不易松動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)中廣泛采用的一種連接件.

國(guó)內(nèi)外研究資料表明［1-3］，鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的研究目前主要集中在構(gòu)件抗火計(jì)算和結(jié)構(gòu)整體抗火分析等方面.隨著鋼結(jié)構(gòu)抗火研究?jī)?nèi)容的不斷拓展，節(jié)點(diǎn)抗火性能的研究也日趨增多，因此高強(qiáng)度螺栓連接抗火性能的研究也越來(lái)越受到重視.但有關(guān)高強(qiáng)度螺栓連接抗火性能的試驗(yàn)研究未見大量報(bào)道，尤其是過(guò)火后高強(qiáng)度螺栓連接性能的研究甚少.文獻(xiàn)［4］對(duì)耐火高強(qiáng)度螺栓的拉伸性能、受剪性能及預(yù)拉力損失進(jìn)行了火災(zāi)試驗(yàn)研究;文獻(xiàn)［5］對(duì)高溫下8.8級(jí)M20高強(qiáng)度螺栓的性能進(jìn)行了系列化試驗(yàn)研究，開展了火災(zāi)下高強(qiáng)度螺栓的材料性能、拉伸性能、剪切性能及過(guò)火的硬度等試驗(yàn);文獻(xiàn)［6］對(duì)高溫下高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪性能及滑移系數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究;文獻(xiàn)［7-8］對(duì)高溫下20MnTiB鋼的材料性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，且結(jié)合幾何和材料非線性編制了高溫下高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算的有限元程序.

本文對(duì)高溫下及過(guò)火冷卻后(自然方式和潑水方式)10.9級(jí)M20扭剪型高強(qiáng)度螺栓受剪連接性能開展系列化試驗(yàn)研究，揭示了高溫下高強(qiáng)度螺栓受剪連接滑移荷載與極限荷載隨溫度的變化規(guī)律，以及過(guò)火冷卻后抗剪連接滑移荷載的大小，給出相關(guān)的試驗(yàn)現(xiàn)象和破壞形態(tài)，并通過(guò)數(shù)值分析，擬合出受剪連接高溫下的滑移荷載與極限荷載折減系數(shù)以及過(guò)火冷卻后滑移荷載折減系數(shù)的計(jì)算公式.最后，本文通過(guò)ANSYS軟件建立基于試驗(yàn)試件的有限元準(zhǔn)確計(jì)算模型，對(duì)高強(qiáng)度螺栓在高溫狀態(tài)下與過(guò)火后受剪連接性能進(jìn)行了模擬分析與計(jì)算，并將有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性.

1 高溫下受剪連接性能試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

高溫下高強(qiáng)度螺栓受剪連接試驗(yàn)的試件尺寸和連接方式如圖1(a)所示.高強(qiáng)度螺栓采用10.9級(jí)M20扭剪型，預(yù)拉力P=155 kN，材質(zhì)為20MnTiB，被連接板和連接板材質(zhì)為Q345B.在試件加工制作過(guò)程中，由于加載設(shè)備應(yīng)在常溫狀態(tài)下進(jìn)行工作，因此需通過(guò)增加被連接板的長(zhǎng)度將加載位置過(guò)渡到升溫裝置以外;被連接板端部應(yīng)設(shè)置相應(yīng)區(qū)段的刻痕，便于加載裝置夾持試件，防止試件兩端出現(xiàn)打滑，如圖1(a)所示;受升溫裝置(自制熱電爐)尺寸的限制，且為了防止高溫下試驗(yàn)荷載過(guò)大可能造成連接板較大滑動(dòng)而產(chǎn)生危險(xiǎn)，因此連接試件的兩端僅設(shè)置了單顆螺栓連接.加工制作完成后的連接試件模型如圖1(b)所示.

圖1 高強(qiáng)度螺栓受剪連接試驗(yàn)試件(單位:mm)

試驗(yàn)加載裝置為材料試驗(yàn)機(jī)，升溫裝置采用自制熱電爐，如圖2(a)所示.試驗(yàn)前將自制熱電爐和試件安裝到材料試驗(yàn)機(jī)上.在熱電爐內(nèi)部設(shè)置圖2(b)所示的K型熱電偶來(lái)測(cè)試爐腔內(nèi)部溫度;自制熱電爐配有專用的溫度控制儀，用于調(diào)節(jié)和控制爐腔內(nèi)的實(shí)際溫度.火災(zāi)試驗(yàn)可采用2種方法:穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)和瞬態(tài)試驗(yàn).在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)中，首先將溫度上升到一定值，然后進(jìn)行加載試驗(yàn);在瞬態(tài)試驗(yàn)中，首先將荷載加到一定值，然后進(jìn)行升溫.穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)容易開展，瞬態(tài)試驗(yàn)更接近真實(shí)火災(zāi)［9］.本文火災(zāi)試驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)控制溫度點(diǎn)設(shè)定為20，250，350，450，550℃.試驗(yàn)試件被分成5組，共計(jì)8個(gè)試件，分組詳見表1.

圖2 試驗(yàn)加溫裝置

表1 試件分組及加載機(jī)制

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

將試驗(yàn)試件置于自制熱電爐中，升溫至控制溫度點(diǎn)，恒溫30 min后，再按表1的加載機(jī)制進(jìn)行加載.試驗(yàn)的具體加載機(jī)制為:① 為了避免連接試件夾持兩端的滑動(dòng)而施加不上荷載，應(yīng)快速施加荷載P(約為高溫下滑移荷載設(shè)計(jì)值的10%)，且保持荷載恒定1 min.②按表1的加載機(jī)制開始逐級(jí)施加荷載，每級(jí)加載穩(wěn)定后，利用材料試驗(yàn)機(jī)力學(xué)性能測(cè)試軟件記錄各級(jí)加載對(duì)應(yīng)的荷載值，然后記錄千分表和組合式位移計(jì)的讀數(shù);若試驗(yàn)機(jī)荷載顯示盤上讀數(shù)出現(xiàn)反復(fù)時(shí)，對(duì)應(yīng)荷載值為試件在高溫下的滑移荷載值，此時(shí)連接板與被連接板的鋼材尚未屈服(應(yīng)變片難以準(zhǔn)確地測(cè)量出高溫下的應(yīng)變值，由后續(xù)有限元分析可知，此時(shí)鋼板應(yīng)力約為95 MPa).③ 繼續(xù)加載，直至試件破壞，記錄下試件的破壞荷載值.

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)所得高強(qiáng)度螺栓受剪連接高溫下滑移荷載與極限荷載的試驗(yàn)值、平均值及與常溫下相比的折減系數(shù)如表2所示.試驗(yàn)結(jié)果表明:高溫下高強(qiáng)度螺栓的受剪連接破壞機(jī)理類似于常溫受剪連接的破壞過(guò)程;隨著荷載的增加，試件首先通過(guò)連接板與被連接板間的摩擦力傳遞外力，當(dāng)摩擦力被完全克服后，連接板與被連接板間產(chǎn)生滑移;荷載繼續(xù)增加，螺栓桿接觸并擠壓孔壁，通過(guò)螺栓桿抗剪傳遞荷載，孔壁與螺栓桿發(fā)生變形;試驗(yàn)荷載持續(xù)增加，直至極限荷載，此時(shí)孔壁變形過(guò)大或螺栓桿斷裂，試件破壞.

表2 高溫下高強(qiáng)度螺栓抗剪試驗(yàn)的結(jié)果

為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將試驗(yàn)所獲得的高溫下滑移荷載和極限荷載折減系數(shù)與文獻(xiàn)［6，10］中已有的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖3所示.由圖3(a)可知，當(dāng)溫度低于350℃時(shí)，本文試驗(yàn)所獲得的高溫下滑移荷載折減系數(shù)與文獻(xiàn)［6］的結(jié)果相近;當(dāng)溫度超過(guò)350℃時(shí)，兩者的結(jié)果存在較大偏差.由圖3(b)可知，本文所獲得的高溫下極限荷載折減系數(shù)與文獻(xiàn)［10］的結(jié)果在300～500℃區(qū)段內(nèi)存在較大的差異，本文試驗(yàn)結(jié)果從350℃時(shí)呈現(xiàn)劇烈下降，文獻(xiàn)［10］的結(jié)果在此溫度區(qū)段內(nèi)基本保持不變.綜上所述，可得出:高強(qiáng)度螺栓受剪連接的滑移荷載和極限荷載均隨著溫度升高逐漸降低;溫度低于250℃時(shí)，滑移荷載和極限荷載值降低不多;溫度超過(guò)350℃后，兩者急劇下降;溫度達(dá)到550℃時(shí)，兩者分別為常溫下的33%和44%，對(duì)于摩擦型高強(qiáng)度螺栓受剪連接，此時(shí)可認(rèn)為完全喪失了承載能力.因此，本文建議高強(qiáng)度螺栓受剪連接抗火分析的臨界溫度取350℃.

采用DataFit軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析和擬合，高溫下高強(qiáng)度螺栓受剪連接的滑移荷載折減系數(shù)ηy和極限荷載折減系數(shù)ηu按下式計(jì)算:

式中，N，NT分別表示高強(qiáng)度螺栓受剪連接在常溫和高溫Ts下的滑移荷載值分別表示高強(qiáng)度螺栓受剪連接在常溫和高溫Ts下的極限荷載值.

圖3 高溫下荷載折減系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果和擬合結(jié)果

擬合結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如圖3所示，擬合公式(1)、(2)與試驗(yàn)結(jié)果的誤差均值分別為0.46%，0.53%，方差分別為 1.82%，1.83%;兩者吻合較好，且精度高.

2 過(guò)火冷卻后受剪連接性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

過(guò)火冷卻后高強(qiáng)度螺栓受剪連接試驗(yàn)的試件尺寸和連接方式如圖4(a)所示.試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)試件的過(guò)火處理采用了2種方法:① 先通過(guò)高強(qiáng)度螺栓將連接板與被連接板連接成整體，加熱至指定溫度，恒溫一定時(shí)間后，采用自然和潑水2種方式冷卻.②將連接板和被連接板加熱至指定溫度，恒溫一定時(shí)間后自然冷卻，再通過(guò)高強(qiáng)度螺栓將兩者連接成整體.在冷卻過(guò)程中，由于潑水冷卻具有較大的不確定性，因此在對(duì)應(yīng)試件的表面布置了數(shù)字金屬表面溫度計(jì)來(lái)測(cè)定其溫度變化，測(cè)點(diǎn)布置如圖4(b)所示.經(jīng)過(guò)火冷卻后的整體試件和板件如圖5所示.高強(qiáng)度螺栓采用10.9級(jí)M20扭剪型，材質(zhì)為20MnTiB，被連接板和連接板材質(zhì)為Q235B.過(guò)火控制溫度設(shè)定為 20，200，300，400，500，600 ℃.根據(jù)過(guò)火控制溫度、過(guò)火處理方法及冷卻方式的不同，將試驗(yàn)試件分成6組，共計(jì)15個(gè)，具體分組詳見表3.

連接試件及板件的過(guò)火熱處理是在箱式高溫電阻爐內(nèi)完成的，加載裝置采用300 kN電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī).試驗(yàn)的加載機(jī)制為:先對(duì)試件快速施加荷載9 kN，穩(wěn)定1 min;再以3 kN/s速率平穩(wěn)加載.

圖4 過(guò)火后連接試件尺寸和溫度測(cè)點(diǎn)布置(單位:mm)

圖5 過(guò)火后整體試件和板件

表3 過(guò)火后受剪連接試件分組

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果

對(duì)整體過(guò)火后的試件(見圖5(a))，當(dāng)過(guò)火溫度低于400℃時(shí)，試件滑移時(shí)伴隨著較為明顯的響聲;當(dāng)過(guò)火溫度超過(guò)400℃，試件滑移時(shí)響聲較小或基本無(wú)響聲.對(duì)過(guò)火后的板件(見圖5(b))，當(dāng)過(guò)火溫度低于300℃時(shí)，冷卻后板件表面未發(fā)生明顯變化;當(dāng)過(guò)火溫度高于300℃時(shí)，部分板件表面呈紫色，自然冷卻后板件表面會(huì)生出赤銹，而潑水冷卻后板件表面顏色淺于前者;當(dāng)過(guò)火溫度超過(guò)500℃時(shí)，板件表面呈黑色.

潑水冷卻后各試件(AJ-4，AJ-6，AJ-9，AJ-12，AJ-15)的降溫曲線(溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系)與溫度折減系數(shù)如圖6所示.由圖6(a)～(e)曲線可知，在潑水冷卻初始階段，各試件表面的溫度劇烈降低，降至80℃左右，然后開始均勻緩慢地下降至常溫.

各試件的荷載-位移曲線如圖7(a)、(b)所示，對(duì)潑水冷卻的試件，其對(duì)應(yīng)的荷載-位移曲線存在較大差異，如AJ-4，AJ-6和AJ-9試件均呈現(xiàn)出較大幅度的波動(dòng)，其中AJ-6試件由于加載過(guò)程中荷載下降過(guò)大而未能獲得完整的荷載-位移曲線;其他各試件(包括自然冷卻)的荷載-位移曲線均無(wú)較大的波動(dòng)，曲線平緩，試件滑移時(shí)荷載-位移曲線突變較小.自然冷卻和潑水冷卻方式下的試件滑移荷載對(duì)比曲線如圖7(c)所示.

圖6 試件潑水冷卻的降溫曲線

圖7 過(guò)火后試件的試驗(yàn)荷載-位移曲線和滑移荷載曲線

過(guò)火后試件滑移荷載的試驗(yàn)值和螺栓預(yù)拉力值見表4，其中AJ-7，AJ-10和AJ-13三個(gè)試件為先將連接板分別加熱到300，400和500℃后在空氣中自然冷卻至常溫，再通過(guò)高強(qiáng)度螺栓連接成整體進(jìn)行滑移試驗(yàn).由表4結(jié)果可知，對(duì)AJ-7試件，將連接板和被連接板加熱至300℃，被連接板接觸面破壞不嚴(yán)重，摩擦系數(shù)與常溫下相近，試件的滑移荷載約為95.42 kN，為常溫下滑移荷載的89%;對(duì)AJ-10和AJ-13試件，板件分別被加熱至400℃和500℃，被連接板接觸面上產(chǎn)生赤銹，摩擦系數(shù)提高，約為0.405和0.387(常溫下的試驗(yàn)結(jié)果為0.345)，此時(shí)滑移荷載提高，分別為常溫下的1.18倍和1.12倍;過(guò)火處理后整體試件(如 AJ-3～AJ-6、AJ-8～AJ-9、AJ-11、AJ-12、AJ-14、AJ-15)的滑移荷載較常溫下均有不同程度的下降，原因是高溫過(guò)火后高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力值降低，且溫度越高降低程度越大.由圖7(c)可知，當(dāng)過(guò)火溫度不超過(guò)300℃時(shí)，冷卻方式對(duì)受剪連接的滑移荷載影響較小，二者相差約為5%;當(dāng)過(guò)火溫度超過(guò)400℃時(shí)，潑水冷卻和自然冷卻的試件滑移荷載相差較大，前者比后者約低10%.

表4 過(guò)火后試件滑移荷載的試驗(yàn)值和預(yù)拉力值

2.3 對(duì)比分析

為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將本文試驗(yàn)所得過(guò)火后試件的滑移荷載折減系數(shù)與文獻(xiàn)［4，6］中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，如圖8所示.由圖8可知:當(dāng)過(guò)火溫度低于400℃時(shí)，本文試驗(yàn)所獲得的滑移荷載與文獻(xiàn)［6］的試驗(yàn)結(jié)果接近，且文獻(xiàn)［4］的試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本文和文獻(xiàn)［6］的試驗(yàn)結(jié)果，這主要是由于文獻(xiàn)［4］的試件采用耐火鋼螺栓，其在火災(zāi)下的力學(xué)性能要優(yōu)越于20MnTiB鋼材;當(dāng)過(guò)火溫度超過(guò)400℃，本文試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)［4］的試驗(yàn)結(jié)果接近.由本文試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)過(guò)火溫度不超過(guò)300℃時(shí)，試驗(yàn)試件的滑移荷載約為常溫下的70%;當(dāng)過(guò)火溫度達(dá)到400℃時(shí)，滑移荷載劇烈下降;當(dāng)溫度為600℃時(shí)，滑移荷載僅為常溫下的20%.因此，過(guò)火后受剪連接試件的滑移荷載產(chǎn)生大幅度降低時(shí)，其對(duì)應(yīng)的過(guò)火控制溫度點(diǎn)約為300～350℃.

本文通過(guò)DataFit軟件對(duì)過(guò)火后受剪連接各試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和回歸，自然冷卻下滑移荷載的折減系數(shù)λa和潑水冷卻下滑移荷載的折減系數(shù)λw可按下式計(jì)算:

式中，N表示在常溫下高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的滑移荷載值;NaT，NwT分別表示過(guò)火溫度為Ts再通過(guò)自然冷卻和潑水冷卻后高強(qiáng)度螺栓受剪連接的滑移荷載值.

擬合結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如圖8所示，擬合公式(3)、(4)與試驗(yàn)結(jié)果的誤差均值分別為1.48%，3.42%，方差分別為 2.8%，6.86%;兩者吻合好，且精度較高.

圖8 不同試驗(yàn)和不同冷卻方式下滑移荷載折減系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果和擬合結(jié)果

3 有限元模擬分析

3.1 高溫下受剪連接性能

按圖1(a)的試件尺寸與連接方式建立計(jì)算模型［11-12］，通過(guò)有限元模擬分析，可得出各溫度下的滑移荷載值以及荷載-位移曲線，如圖9(a)所示.不同溫度下滑移荷載和極限荷載折減系數(shù)的有限元計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如圖3(a)、(b)所示.

由圖9(a)可知，隨著荷載的增加，高溫下高強(qiáng)度螺栓受剪連接主要經(jīng)歷了第1次滑移(螺栓孔孔隙間滑移)、第2次滑移(孔壁擠壓變形)和極限狀態(tài)(螺栓桿完全變形或斷裂).由圖3(a)可知:當(dāng)溫度不超過(guò)350℃時(shí)，試驗(yàn)所得滑移荷載的折減系數(shù)與有限元計(jì)算結(jié)果吻合較好;當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)450℃后，二者之間的偏差逐步增大.由圖3(b)可知，試驗(yàn)所獲得的試件極限荷載與有限元計(jì)算結(jié)果有較好的吻合.

圖9 有限元計(jì)算出的荷載-位移曲線

3.2 過(guò)火冷卻后受剪連接性能

按圖4的試件尺寸與連接方式建立計(jì)算模型，通過(guò)計(jì)算分析得出試件滑移后的應(yīng)力分布及其荷載-位移曲線，且將有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比.計(jì)算結(jié)果表明:高強(qiáng)度度螺栓連接在滑移后連接板與被連接板的應(yīng)力值均較小，遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度;高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)力值較高，但也低于材料的強(qiáng)度.圖9(b)所示有限元計(jì)算出的過(guò)火冷卻后試件荷載-位移曲線與試驗(yàn)結(jié)果在滑移前吻合較好，此時(shí)有限元計(jì)算出的滑移荷載值為113.20 kN，試驗(yàn)結(jié)果為107.00 kN，二者偏差為5.7%;當(dāng)試件發(fā)生第1次滑移后，兩者所得的荷載-位移曲線有所分離，差異逐步增大，但是荷載上升的趨勢(shì)基本一致;當(dāng)試件發(fā)生第2次滑移時(shí)，有限元計(jì)算出的荷載-位移曲線與試驗(yàn)結(jié)果又吻合較好，有限元計(jì)算出的極限荷載值為236.52 kN，試驗(yàn)獲得的極限荷載值為 228.37 kN，二者偏差僅為3.6%，精度較高.

4 結(jié)論

1)高溫下高強(qiáng)度螺栓受剪連接的滑移荷載和極限荷載隨著溫度升高逐漸降低，本文擬合出了高溫下受剪連接滑移荷載和極限荷載折減系數(shù)的近似計(jì)算公式.

2)基于高溫下高強(qiáng)度螺栓受剪連接的試驗(yàn)研究，本文建議高強(qiáng)度螺栓受剪連接抗火分析的臨界溫度可近似取350℃，此結(jié)論與國(guó)內(nèi)外已有試驗(yàn)結(jié)果相吻合.

3)溫度對(duì)高強(qiáng)度螺栓受剪連接的摩擦面系數(shù)影響較小，受剪連接在高溫下滑移荷載值下降原因主要是由于高溫導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力值損失所造成的.

4)不同的過(guò)火溫度、過(guò)火處理方法和冷卻降溫方式(自然和潑水)對(duì)過(guò)火后高強(qiáng)度螺栓受剪連接的抗火性能有較大影響，本文通過(guò)試驗(yàn)研究與數(shù)值分析，擬合出了過(guò)火后高強(qiáng)度螺栓受剪連接滑移荷載折減系數(shù)的近似計(jì)算公式.

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Experimental study on fire-resistant behaviour of high-strength bolted shear connections

Fan Shenggang1，2Shu Ganping1，2Huo Changsheng3

(1School of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing 210096，China)
(2Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education，Southeast University，Nanjing 210096，China)
(3Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute，Shanghai 200233，China)

In order to reveal the fire-resistant behavior of high-strength bolted shear connections，the experimental studies on its shear performance and reaction behavior were carried out at high temperature and after fire.Through steady-state tests of temperature rising，the fire experiments were performed on five groups of connections specimens(eight specimens)，and the variations of sliding load and limit load with temperature were investigated.At normal temperature，the mechanical behaviors of six groups of specimens(fifteen specimens)after fire were tested，and the effects of different fire temperatures，different approaches of handling fire and different cooling methods on the sliding load were revealed.The results show that when temperature exceeds 350℃，sliding load and limit load decline sharply as temperature rises.The higher the fire temperature，the smaller the sliding load of the specimen cooled after fire.Moreover，sliding load varies with different approaches of handling fire and cooling methods.Approximate formulas for reduction factors of sliding load and limit load at high temperature as well as reduction factors of sliding load after cooling are fitted.A value of 350℃ for critical temperature of high-strength bolted shear connection is recommended in fire-resistant analysis，which can be an indicative reference for future research on fire resistance of steel structures.

high-strength bolt;shear connection;fire resistant behaviour;high temperature

TU356

A

1001－0505(2012)06-1180-07

10.3969/j.issn.1001 －0505.2012.06.029

2012-06-16.

范圣剛(1974—)，男，博士，副教授，101010393@seu.edu.cn.

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK2009287)、江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2012200，BY2009151).

范圣剛，舒贛平，霍昌盛.高強(qiáng)度螺栓受剪連接抗火性能試驗(yàn)研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2012，42(6):1180-1186.［doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2012.06.029］