熊剛 折志偉 李環(huán)宇 石宇 劉宜豐 姜雪

DOI：?10.11835/j.issn.2096-6717.2023.122

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（52378132）

作者簡(jiǎn)介：熊剛（1976-?），男，博士，教授，主要從事鋼結(jié)構(gòu)研究，E-mail：xionggang76@126.com。

通信作者：石宇（通信作者），女，博士，教授，E-mail：shiyu7811@163.com。

Received： 2023?08?04

Foundation items： National Natural Science Foundation of China （No. 52378132）

Author brief： XIONG Gang （1976-?）， PhD， professor， main research interest： steel structures， E-mail： xionggang76@126.com.

corresponding author：SHI Yu （corresponding author），?PhD，?professor，?E-mail：?shiyu7811@163.com.

（1. 重慶大學(xué)?土木工程學(xué)院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，重慶?400045；?2. 中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都?610041）

摘要：開展冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接抗剪性能試驗(yàn)研究，完成35個(gè)典型試件單調(diào)拉伸及低周往復(fù)加載試驗(yàn)，分析結(jié)構(gòu)防火一體板厚度、螺釘直徑、螺釘端距及加載角度等因素對(duì)其抗剪性能的影響。結(jié)果表明：不同加載角度及螺釘端距的試件呈現(xiàn)不同的破壞模式，主要包括板材端部撕裂破壞、板材孔壁承壓破壞、板材被拉斷破壞等，且破壞時(shí)試件的自攻螺釘存在不同程度的傾斜。對(duì)于試驗(yàn)端分別采用直徑為4.8、5.5 mm螺釘?shù)脑嚰嚰姆逯岛奢d及延性系數(shù)與螺釘直徑無明顯相關(guān)性，彈性剛度隨著螺釘直徑增大而顯著提升；隨著螺釘端距由15 mm增大至25 mm，試件的彈性剛度無明顯變化，而峰值荷載和延性系數(shù)提高了約35%；隨著板厚由12 mm增大到20 mm，試件的峰值荷載提高了約40%，彈性剛度提高了約90%，延性系數(shù)降低了約30%；與加載角度為0°的試件的特征參數(shù)相比，加載角度為45°時(shí)，試件彈性剛度提高了約100%，峰值荷載及延性系數(shù)無明顯差別；加載角度為90°時(shí)，試件彈性剛度及峰值荷載無明顯差別，延性系數(shù)降低了約40%。

關(guān)鍵詞：冷彎薄壁型鋼；結(jié)構(gòu)防火一體板；螺釘連接；抗剪性能；低周往復(fù)荷載

中圖分類號(hào)：TU392.5 ????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ????文章編號(hào)：2096-6717（2024）03-0134-10

Experimental study on self-tapping screw connection performance of cold-formed thin-walled steel-structure fireproof integrated board

XIONG Gang¹，?SHE Zhiwei¹，?LI Huanyu¹，?SHI Yu¹，?LIU Yifeng²，?JIANG Xue²

（1. School of Civil Engineering；?Key Laboratory of Mountain Town Construction and New Technology of Ministry of Education，?Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China；?2. China Southwest Architecture Design and Research Institute Co.， Ltd.， Chengdu 610041， P. R. China）

Abstract： The shear test of self-tapping screw connection of cold-formed thin-walled steel-structure fireproof integrated board was carried out， and the monotonic tensile and low-cycle reciprocating loading tests of 35 typical specimens were completed， and the effects of structural fireproof integrated plate thickness， screw diameter， screw end distance and loading angle on their shear resistance were analyzed. The results show that the specimens with different loading angles and screw end distance showed different failure modes， mainly including tear failure at the end of the plate， pressure failure of the hole wall of the plate， and the failure of the plate to be pulled off， etc.， and the self-tapping screws of the specimens had different degrees of inclination during the failure. For test pieces with screws with a diameter of 4.8 mm and 5.5 mm respectively at the test end，the peak load and ductility coefficient of the specimen have no obvious correlation with the screw diameter， and the elastic stiffness increases significantly with the increase of the screw diameter. With the increase of screw end distance from 15 mm to 25 mm， the elastic stiffness of the specimen did not change significantly， while the peak load and ductility coefficient increased by about 35%. With the increase of plate thickness from 12 mm to 20 mm， the peak load of the specimen is increased by about 40%， the elastic stiffness is increased by about 90%， and the ductility coefficient is reduced by about 30%. Compared with the specimen with a loading angle of 0°， when the loading angle is 45°， the elastic stiffness of the specimen is increased by about 100%， and the peak load and ductility coefficient do not change significantly. When the loading angle is 90°， the elastic stiffness and peak load of the specimen do not change significantly， and the ductility coefficient is reduced by about 40%.

Keywords： cold-formed thin-walled steel；?structural fireproof integrated panel；?screw connection；?shear resistance；?low cycle reciprocating load

冷彎薄壁型鋼墻體結(jié)構(gòu)主要由冷彎薄壁型鋼龍骨和鎂晶板、定向刨花板和水泥纖維板等墻面板通過自攻螺釘連接而成?，F(xiàn)有研究表明，鋼龍骨和覆面板材之間螺釘連接的損壞是造成剪力墻損壞的重要因素，墻體抗剪強(qiáng)度與鋼龍骨和覆面板材之間的自攻螺釘連接的細(xì)部抗剪性能有關(guān)。

Peterman等^[1]通過對(duì)定向刨花板和石膏板與輕鋼龍骨自攻螺釘連接的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)自攻螺釘連接的滯回性能主要受面板材質(zhì)和龍骨壁厚影響，并基于試驗(yàn)結(jié)果回歸分析出了一種恢復(fù)力模型。Kou等^[2]采用Folz公式擬合了竹-鋼板螺釘連接試驗(yàn)的荷載滑移曲線。盧林楓等^[3-4]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)螺釘間距及數(shù)目是影響“螺釘群效率系數(shù)”的主要因素，并基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了一個(gè)適用性更強(qiáng)的計(jì)算自攻螺釘群連接名義抗剪承載力的設(shè)計(jì)公式。鄧露等^[5]通過有限元分析發(fā)現(xiàn)螺釘雙面剪切連接構(gòu)件的破壞模式有承壓破壞、承壓-剪切破壞和剪切破壞3類。石宇等^[6]研究發(fā)現(xiàn)鋼板-非鋼板自攻螺釘連接件的抗剪承載力主要由螺釘孔邊板的承壓強(qiáng)度控制。李元齊等^[7]進(jìn)行了冷彎薄壁型鋼龍骨與OSB板螺釘連接件在單調(diào)和低周往復(fù)加載下抗剪試驗(yàn)研究，分析了加載速率、螺釘端距、龍骨厚度和面板布置方向等因素對(duì)其抗剪性能的影響。陳一笑^[8]通過對(duì)秸稈板-輕鋼龍骨自攻螺釘連接進(jìn)行抗剪試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，連接件的抗剪性能主要由螺釘間距、鋼龍骨壁厚和秸稈板規(guī)格控制。趙孟圓^[9]對(duì)4種類型的覆面板材-冷成型鋼龍骨自攻螺釘連接件的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，分析了板材類型、螺釘端距、螺釘直徑、龍骨厚度、加載方式及板材布置方向等因素對(duì)連接件破壞模式及抗剪性能的影響。陳偉等^[10]對(duì)冷成型鋼龍骨-波特板自攻螺釘連接件進(jìn)行抗剪試驗(yàn)，分析了波特板密度、螺釘數(shù)量和螺釘邊距對(duì)其抗剪性能的影響。劉佳迪等^[11]進(jìn)行了鋼板-OSB板和鋼板-楊木膠合板單顆自攻螺釘連接的抗剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種板材與鋼板的自攻螺釘連接主要發(fā)生螺帽嵌入木材的延性破壞，并且在循環(huán)荷載作用下強(qiáng)度剛度退化明顯，由楊木膠合板制成的連接承載力高于OSB板制成的連接。Buonopane等^[12]根據(jù)對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)墻體的數(shù)值模擬分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在水平荷載作用下，墻體邊柱處的自攻螺釘所承擔(dān)的剪力作用方向近乎平行于板邊，而位于墻體上導(dǎo)軌部位的自攻螺釘所承擔(dān)的剪力作用方向近乎垂直板邊。

結(jié)構(gòu)防火一體板是一種玄武巖纖維改性的堿式硫酸鎂復(fù)合材料板材，防火性能優(yōu)異，為A級(jí)不燃材料，其力學(xué)性能接近或優(yōu)于常用的結(jié)構(gòu)用定向刨花板，在輕鋼體系中具有良好的應(yīng)用前景。筆者開展了冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接件的單調(diào)拉伸及低周往復(fù)試驗(yàn)研究，考察板材厚度、加載角度、螺釘直徑和螺釘端距等因素對(duì)連接件抗剪性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試件由冷彎薄壁型鋼與結(jié)構(gòu)防火一體板（以下簡(jiǎn)稱防火板）通過自攻螺釘連接組合而成，為考察螺釘直徑、螺釘端距和板材厚度對(duì)連接件抗剪性能的影響，設(shè)計(jì)了如圖1所示的試件1。防火板長(zhǎng)度為235 mm，寬度為200 mm，板材厚度t有12、16、20 mm三種。4片冷彎C型鋼長(zhǎng)度為200 mm，截面尺寸為89 mm×40 mm×4mm×1.0 mm（腹板×翼緣×卷邊×厚度），鋼材等級(jí)S350。防火板與冷彎C型鋼采用自攻螺釘進(jìn)行連接，上端為固定端，下端為試驗(yàn)端。固定端每側(cè)采用8顆ST4.8螺釘連接，橫向間距60 mm，縱向間距20 mm。試驗(yàn)端根據(jù)工況每側(cè)采用兩顆ST4.8或ST5.5螺釘連接，橫向間距60 mm。螺釘距防火板端部邊緣為15、25 mm兩種情況，螺釘間距為60 mm。加載角度為加載方向與試驗(yàn)端螺釘與防火板邊緣最短垂直距離方向的夾角。為考察加載角度對(duì)連接件抗剪性能的影響，在試件1的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了試件2和試件3，分別如圖2、圖3所示，圖中a、b、c、d和e分別代表鋼板夾具、冷彎C型鋼、防火板、螺栓和自攻螺釘。

試件通過兩端的“T”形鋼板與加載裝置夾頭進(jìn)行連接，“T”形鋼板厚度為10 mm，固定端“T”形鋼板與冷彎C型鋼通過4顆M10螺栓進(jìn)行連接，試驗(yàn)端“T”形鋼板與冷彎C型鋼通過8顆M10螺栓進(jìn)行連接。試件分類情況見表1，試件編號(hào)規(guī)則見圖4。

以編號(hào)S1.0-12-4.8-MT-B15-1的試件為例，“1.0”代表加載速率為1.0 mm/min，“12”代表防火板板厚為12 mm，“4.8”代表試驗(yàn)端螺釘直徑為4.8 mm，“MT”代表加載方式為單調(diào)拉伸，“D15”代表試驗(yàn)端螺釘與防火板端部距離為15 mm，“1”代表該試件為該組的第一個(gè)重復(fù)試件。

1.2 試驗(yàn)裝置與加載制度

試驗(yàn)采用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為CMT5305，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，最大試驗(yàn)力為300 kN，試驗(yàn)裝置及試件見圖5。該試驗(yàn)機(jī)的采集系統(tǒng)可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行全程自動(dòng)控制加載，并采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪制試驗(yàn)時(shí)的荷載-滑移曲線。試驗(yàn)時(shí)荷載由試驗(yàn)機(jī)兩端力傳感器測(cè)得，試件滑移量由型號(hào)為YSJ-C5015的電子應(yīng)變引伸計(jì)測(cè)得。引伸計(jì)兩測(cè)點(diǎn)分別布設(shè)于上下兩片C形鋼腹板位置，測(cè)點(diǎn)間距為50 mm，量程為±25 mm。加載時(shí)T形夾具和C形鋼之間通過螺栓連接，以確保在拉壓往復(fù)荷載作用下試件與夾具不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。同時(shí)在試件固定端布置自攻螺釘數(shù)量足夠多，可以忽略固定端的變形對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程》（JGJ/T 101—2015）^[13]分別進(jìn)行單調(diào)拉伸和低周往復(fù)加載，從試件開始加載至破壞均保持相同的加載速率，加載速率均為1.0 mm/min。

單調(diào)加載時(shí)保持加載速率恒定，在試件屈服前采用荷載控制進(jìn)行分級(jí)加載，荷載級(jí)差為1 kN，加載至接近屈服荷載時(shí)減小荷載級(jí)差，試件屈服后采用位移控制分級(jí)加載，每級(jí)荷載持續(xù)約3 min，直至試件破壞。低周往復(fù)加載時(shí)，在正式試驗(yàn)前先進(jìn)行預(yù)加反復(fù)荷載試驗(yàn)兩次，預(yù)加載值不超過試件屈服荷載的30%。低周往復(fù)加載按試件的單調(diào)加載試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的位移量控制，在結(jié)構(gòu)屈服前采用力控制分5級(jí)單循環(huán)加載至構(gòu)件屈服，再以屈服位移的50%為級(jí)差，每個(gè)位移級(jí)循環(huán)加載3次至試件荷載下降到峰值的85%時(shí)試驗(yàn)終止，低周往復(fù)加載制度見圖6。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接的破壞模式主要有防火板孔壁承壓變形、板邊撕裂、螺釘傾斜及板材被拉斷等。

對(duì)于端距為15 mm的試件，破壞模式為防火板板邊撕裂；對(duì)于端距為25 mm的試件，破壞模式為防火板孔壁承壓變形破壞；對(duì)于加載角度為90°的試件，破壞模式為防火板板材被拉斷；對(duì)于加載角度為45°的試件，破壞模式為防火板板邊撕裂后板材最終被拉斷，且以上4種情況都伴隨螺釘傾斜現(xiàn)象。在循環(huán)加載試驗(yàn)中，防火板表現(xiàn)出明顯的脆性特點(diǎn)，加載過程中形成的裂紋表現(xiàn)出與單調(diào)加載結(jié)果中觀察到相似的特征。隨著施加的位移不斷增加，裂紋處的防火板分離并向上移動(dòng)，導(dǎo)致試樣的剪切能力降低，因此，僅對(duì)低周往復(fù)加載下部分試件的試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。關(guān)于4種不同類型連接件的試驗(yàn)現(xiàn)象及主要破壞特征表述如下。

以編號(hào)為S1.0-12-4.8-CL-D15的試件為例，隨著荷載增加，防火板端部側(cè)面出現(xiàn)裂紋并持續(xù)擴(kuò)展，逐漸延伸至防火板表面釘孔位置處（圖7（a））；當(dāng)荷載到達(dá)峰值時(shí)，從螺釘孔位置形成30°～60°裂縫并向著防火板端部側(cè)面及表面貫通（圖7（b）），同時(shí)迅速發(fā)展為防火板端部的撕裂狀豁口，破壞區(qū)域形狀為三角形；隨著位移的進(jìn)一步增大，試驗(yàn)端螺釘明顯傾斜，防火板端部板邊被完全撕裂（圖7（c）、（d））。

以編號(hào)為S1.0-12-4.8-CL-D25的試件為例，在加載初期，試件無明顯變化；隨著荷載的增加，螺釘上方防火板表面出現(xiàn)鼓包，呈燈泡狀（圖8（a））；在往復(fù)荷載作用下，鼓包區(qū)域面積不斷擴(kuò)大，釘頭部分沉入防火板中（圖8（b））；隨著位移繼續(xù)的增大，螺釘明顯傾斜，從螺釘孔位置形成30°～60°裂紋并逐漸向著板材的邊緣發(fā)展；當(dāng)荷載到達(dá)峰值時(shí)，防火板端部與釘孔間形成約45°的貫通裂縫（圖8（c）），其間持續(xù)發(fā)出螺釘與防火板擠壓的清脆響聲，破壞時(shí)防火板孔壁處有較明顯的承壓變形，端部較為平整，無明顯鼓出。

以編號(hào)為S1.0-12-4.8-CL-B15的試件為例，在往復(fù)荷載作用下，自攻螺釘釘頭處防火板表層纖維被擠碎，擠碎區(qū)域面積沿往復(fù)加載方向不斷擴(kuò)大（圖9（a））；隨著變形的不斷增大，釘頭處產(chǎn)生沿邊距方向發(fā)展的表層裂紋（圖9（b））；當(dāng)荷載到達(dá)峰值時(shí)，釘頭處沿邊距方向發(fā)展為貫通板邊的裂縫（圖9（c）），其間持續(xù)發(fā)出螺釘與防火板擠壓的清脆響聲，螺釘略微傾斜；隨著位移的繼續(xù)增大，釘頭處水平裂紋向邊距反方向擴(kuò)展，板材出現(xiàn)沿水平裂紋斷裂的趨勢(shì)（圖9（d）），螺釘明顯傾斜（圖9（e））；隨著位移的進(jìn)一步增大，部分螺釘滑脫鋼龍骨，防火板被拉斷（圖9（f））。

以編號(hào)為S1.0-12-4.8-CL-DB15的試件為例，隨著荷載增加，自攻螺釘與防火板間發(fā)出擠壓聲；在往復(fù)荷載作用下，自攻螺釘釘頭處防火板表層纖維被擠碎，擠碎區(qū)域向螺釘孔四周擴(kuò)展（圖10（a））；隨著位移繼續(xù)增大，荷載到達(dá)峰值，釘頭處出現(xiàn)與板邊垂直的細(xì)微表層裂紋（圖10（b））；隨著位移繼續(xù)增大，釘頭處與板邊垂直的表層裂紋繼續(xù)發(fā)展；當(dāng)位移達(dá)到約1.5 mm時(shí)，釘頭處與板邊垂直的裂紋貫穿板邊（圖10（c）），其間持續(xù)發(fā)出螺釘與防火板擠壓的清脆響聲，此時(shí)螺釘無明顯傾斜；隨著位移繼續(xù)增大，試驗(yàn)端每側(cè)的兩顆螺釘間產(chǎn)生水平裂紋（圖10（d）），板材出現(xiàn)沿水平裂紋斷裂的趨勢(shì)；隨著位移的進(jìn)一步增大，兩顆螺釘間產(chǎn)生的水平裂紋貫穿板材，形成一塊三角狀的斷裂區(qū)（圖10（e））；當(dāng)位移超過2 mm時(shí)，防火板斷裂，螺釘明顯傾斜（圖10（f））。

2.2 荷載-位移曲線

由于所有試件荷載-位移曲線相似，故圖11僅給出4個(gè)典型試件的滯回曲線及骨架曲線，定義試件受拉時(shí)荷載為正值，受壓時(shí)荷載為負(fù)值。

試件每側(cè)防火板的被測(cè)試部位處各有2顆螺釘，兩側(cè)共對(duì)稱布置4顆螺釘，數(shù)據(jù)處理時(shí)荷載采用4顆螺釘連接的承載能力之和，螺釘連接的滑移變形采用位移引伸計(jì)所測(cè)位移值來反映。

根據(jù)承載力及變形的取值方法，得到了冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接件的荷載與位移之間的關(guān)系曲線，見圖11。從圖11可以看出，開始加載時(shí)曲線近似呈現(xiàn)為線性，但線性段非常短，之后曲線斜率變小，剛度明顯降低，在經(jīng)過較長(zhǎng)的上升段后，剛度再一次下降并迅速達(dá)到荷載峰值點(diǎn)，此時(shí)因釘孔周圍防火板幾乎完全開裂，螺釘開始傾斜，承載力下降。對(duì)于端距為25 mm的試件，承載力下降段較為平緩，主要原因是較大的端距提供了良好的塑性發(fā)展空間。對(duì)于邊距為15 mm的試件，達(dá)到峰值荷載后的曲線下降較快，主要原因是加載方向垂直于螺釘邊距方向，板材沿邊距方向開裂后立刻與螺釘脫離，并沿邊距相反的方向?qū)⒎阑鸢寮魯唷?/p>

2.3 特征參數(shù)的確定

根據(jù)ECCS^[14]建議，取荷載-位移曲線上升段荷載為40%峰值荷載F_m對(duì)應(yīng)點(diǎn)為彈性點(diǎn)。彈性點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載為彈性荷載F_e，對(duì)應(yīng)位移為彈性位移δ_e。彈性點(diǎn)的割線剛度為彈性剛度K_e=F_e/δ_e。

屈服點(diǎn)根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程》（JGJ/T 101—2015）^[13]確定（以下簡(jiǎn)稱規(guī)程），屈服荷載F_y按照骨架曲線所包面積互等的辦法確定，相應(yīng)的變形為屈服變形δ_y。取荷載-位移曲線上的最高點(diǎn)作為峰值點(diǎn)，相應(yīng)的荷載為峰值荷載F_m，位移為峰值變形δ_m。破壞荷載F_u及相應(yīng)變形δ_u取試件在最大荷載出現(xiàn)之后，隨位移增加而荷載下降至最大荷載的85%時(shí)的相應(yīng)荷載和位移。

根據(jù)規(guī)程^[13]，延性系數(shù)μ為極限變形與屈服變形之比，即μ=δ_u/δ_y。按該方法得到的冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接的特征參數(shù)見表2。

3 自攻螺釘連接性能影響因素分析

對(duì)表2中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，主要將所有重復(fù)試件在低周往復(fù)加載時(shí)的彈性剛度、峰值荷載及延性系數(shù)的均值進(jìn)行比較分析。

3.1 螺釘端距的影響

圖12對(duì)比了試件在螺釘端距為15、25 mm時(shí)彈性剛度、峰值荷載以及延性系數(shù)的大小，隨著螺釘端距增大，試件的峰值荷載、彈性剛度及延性系數(shù)均呈上升的趨勢(shì)。圖12分別給出了兩種螺釘端距下冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接特征參數(shù)的比較情況，增加螺釘端距對(duì)于試件彈性剛度沒有明顯影響，且峰值荷載與延性系數(shù)提高不明顯。兩種螺釘端距下的試件彈性剛度的比值為1.111，峰值荷載的比值為1.342，延性系數(shù)的比值為1.364。螺釘端距為25 mm的試件對(duì)比螺釘端距為15 mm的試件，試件的絕對(duì)變形能力得到大幅提升，試件破壞時(shí)螺釘連接的性能已得到有效發(fā)揮。

3.2 面板厚度的影響

圖13為3種面板厚度下冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接特征參數(shù)的比較情況。對(duì)比12 mm板厚試件的抗剪性能，防火板厚為16 mm的試件組彈性剛度的比值為1.559，峰值荷載的比值為1.158，延性系數(shù)的比值為0.818；對(duì)比12 mm板厚試件的抗剪性能，防火板厚為20 mm的試件組彈性剛度的比值為1.901，峰值荷載的比值為1.384，延性系數(shù)的比值為0.724。通過對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，防火板厚度每增加4 mm，試件的彈性剛度提升約45%，彈性剛度提升約20%，延性系數(shù)降低約15%。試件的防火板厚度與試件的峰值荷載和彈性剛度呈現(xiàn)明顯的線性正相關(guān)性，與試件的延性系數(shù)呈現(xiàn)明顯的線性負(fù)相關(guān)性，原因是隨著面板厚度的增加，面板對(duì)螺釘?shù)那豆套饔迷絹碓胶?，螺釘更不易發(fā)生傾斜，整體滑移變形小，試件延性降低。

3.3 螺釘直徑的影響

圖14為不同螺釘直徑下自攻螺釘連接件的彈性剛度、峰值荷載及延性系數(shù)的對(duì)比情況。試驗(yàn)端采用5.5 mm直徑螺釘?shù)脑嚰?duì)比試驗(yàn)端采用4.8 mm直徑螺釘?shù)脑嚰?，彈性剛度比值?.373，峰值荷載的比值為1.287，延性系數(shù)的比值為1.099。整體來看，螺釘直徑越大，孔壁承壓的面積越大，峰值荷載提升；釘頭與防火板表面接觸面積越大，嵌固作用更好，螺釘在加載早期更不易發(fā)生傾斜，彈性剛度大幅提升；延性系數(shù)變化不明顯。

3.4 加載角度的影響

對(duì)試件分別進(jìn)行了螺釘與防火板邊緣最短垂直距離均為15 mm時(shí)3種加載角度（0°、45°和90°）情況下自攻螺釘連接的低周往復(fù)加載試驗(yàn)，分析了加載角度對(duì)自攻螺釘連接抗剪性能的影響。試件的特征參數(shù)對(duì)比結(jié)果如圖15所示，加載角度為45°的試件與加載角度為0°的試件彈性剛度的比值為1.964；峰值荷載未有明顯差別，其比值為1.037；延性系數(shù)呈下降的趨勢(shì)，其比值為0.912。加載角度為90°的試件對(duì)比加載角度為0°的試件彈性剛度的比值為0.838；峰值荷載未有明顯差別，其比值為1.039；延性系數(shù)下降，其比值為0.592。不同加載角度試件破壞現(xiàn)象存在一定差異性，故特征參數(shù)的大小與加載角度的大小無明顯相關(guān)性。

4 結(jié)論

針對(duì)冷彎薄壁型鋼-結(jié)構(gòu)防火一體板自攻螺釘連接進(jìn)行抗剪試驗(yàn)研究，得到如下主要結(jié)論：

1）對(duì)于試驗(yàn)端分別采用直徑為4.8、5.5 mm螺釘?shù)脑嚰?，試件的峰值荷載及延性系數(shù)與螺釘直徑無明顯相關(guān)性，彈性剛度隨著螺釘直徑增大而顯著提升。

2）試件的彈性剛度隨著螺釘端距由15 mm增大到25 mm無明顯變化，而峰值荷載和延性系數(shù)均提高了約35%；隨著防火板厚由12 mm增大到20 mm，試件的峰值荷載提高了約40%，彈性剛度提高了約90%，延性系數(shù)降低了約30%。

3）加載角度為45°的試件對(duì)比0°試件的特征參數(shù)，彈性剛度提高了約100%，峰值荷載及延性系數(shù)無明顯變化；加載角度為90°的試件對(duì)比0°試件的特征參數(shù)，彈性剛度及峰值荷載無明顯差別，延性系數(shù)降低了約40%。

4）加載角度為0°的試件主要呈現(xiàn)防火板端部撕裂破壞，螺釘端距為25 mm時(shí)試件主要呈現(xiàn)防火板孔壁承壓破壞；加載角度為90°的試件主要呈現(xiàn)板材被拉斷破壞；加載角度為45°的試件主要呈現(xiàn)防火板板邊撕裂后板材最終被拉斷；大部分試件的自攻螺釘存在傾斜現(xiàn)象。

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（編輯??胡玲）