用於測試自攻螺釘抗拔連接性能的實驗裝置及其實施方式的製作方法

2024-02-13 07:24:15

本發明屬於土木工程技術領域，具體涉及一種測試冷成型鋼龍骨與建築板材間的自攻螺釘連接件的抗拔性能實驗裝置及其實施方式。

背景技術：

鋼結構的應用非常廣泛。與傳統鋼筋混凝土結構相比，鋼結構具有材質均勻、性能好、強度和強質比高、延性好、抗震能力強等特點。隨著國民經濟的飛速發展，我國鋼產量早已位居世界首位，遠超其他國家，國內鋼結構產業也得到快速發展。但與發達國家相比，我國鋼結構建築佔鋼產量的比重仍明顯偏低，同時，我國建築結構在節能降耗可循環利用、工業化生產、大企業集團運營，產品標準化、系列化、通用化等方面仍存在明顯差距。我國正處於工業化和城鎮化快速發展階段，年項目建設工程量龐大，資源消耗嚴重，環境惡化壓力巨大，發展綠色建築已被列為國家中長期科學和技術發展規劃綱要中重點領域中的優先主題，因此，大力發展綠色環保、抗震性能優異的鋼結構建築符合我國基本國情，對節約資源和能源，減少環境汙染，促進社會可持續發展具有重要意義，同時也是在國家提出「建築工業化」背景下，加快我國建築產業化、工業化的一條有效途徑。

鋼龍骨在鋼結構建築中具有非常重要的用途，如在冷彎薄壁型鋼結構中，鋼龍骨作為豎向承重構件使用。鋼龍骨時常與其他材料配合使用、協同工作，以達到取長補短的效果。例如因為鋼材在高溫下極易軟化喪失剛度，所以鋼結構普遍存在防火的問題，而在龍骨側翼設置防火石膏板作為牆板的一部分，可以大大增強整體結構耐火性能，達到設計要求。然而，其他材料，尤其是板材與鋼龍骨側翼連接時，連接件的選用和受力性能尚待研究。建築板材容易因為側向受力、局部失穩導致垂直於建築板材平面方向的變形，這時鋼龍骨和建築板材兩者之間的連接件的抗拉性能就將受到考驗。因此，設計一種可以實現冷成型鋼龍骨與建築板材間的連接件的抗拔性能測試的實驗裝置可以為研究這方面的受力性能提供很大的幫助。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術沒有專門用於測試冷成型鋼龍骨與建築板材的自攻螺釘連接件抗拔性能的實驗裝置的問題，提出一種用於測試自攻螺釘抗拔連接性能的實驗裝置及其實施方式。

本發明解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：

用於測試自攻螺釘抗拔連接性能的實驗裝置，包括上部連接部件和下部連接部件，所述上部連接部件包括圓柱體銷形連接塊一(1)和方形鋼端板(2)，所述圓柱體銷形連接塊一(1)的外圓周面上開設有通孔一(11)，且所述圓柱體銷形連接塊一(1)豎直固定在方形鋼端板(2)中部，所述方形鋼端板(2)上開設有螺栓孔一，所述螺栓孔一圍繞圓柱體銷形連接塊一(1)均勻分布；

所述下部連接部件包括正方形上平板(3)、正方形下平板(4)，所述正方形上平板(3)和正方形下平板(4)均開設有螺栓孔二，通過螺栓二將正方形上平板(3)和正方形下平板(4)連接，所述正方形下平板(4)上遠離正方形上平板(3)的一側安裝有圓柱體銷形連接塊二(5)，且所述圓柱體銷形連接塊二(5)豎直固定在正方形下平板(4)的中部，所述圓柱體銷形連接塊二(5)的外圓周面上開設有通孔二，所述正方形上平板(3)中部開設有正方形開口(7)，所述正方形下平板(4)上開設有長方形開口(8)，所述長方形開口(8)位於圓柱體銷形連接塊二(5)的左右兩側。

進一步的，所述通孔一(11)和通孔二的尺寸相同。

進一步的，所述螺栓孔一有4～6個，且所述螺栓孔一的直徑是螺栓孔二的直徑的2～3倍。

進一步的，所述正方形上平板(3)與正方形下平板(4)的平面尺寸相同。

進一步的，所述正方形上平板(3)上開設的螺栓孔二為8～16個，所述螺栓孔二沿正方形上平板(3)的四條邊均勻排布。

進一步的，所述正方形下平板(4)上螺栓孔二與所述正方形上平板(3)上螺栓孔二的數目和尺寸相同，且正方形上平板(3)上的螺栓孔二與正方形下平板(4)上的螺栓孔二相互對稱。

進一步的，所述長方形開口(8)為兩個，且所述長方形開口(8)在圓柱體銷形連接塊二(5)左右兩側對稱分布。

進一步的，所述長方形開口(8)遠離圓柱體銷形連接塊二(5)的長邊與正方形開口(7)的邊對齊，且所述長方形開口(8)的短邊與正方形開口(7)的邊對齊。

一種用於測試自攻螺釘抗拔連接性能的實驗裝置的實施方式：所述正方形上平板(3)和正方形下平板(4)之間夾持建築板材試件(10)，通過螺栓二將所述正方形上平板(3)和正方形下平板(4)連接，建築板材試件(10)的中心與正方形上平板(3)和正方形下平板(4)的形心在同一豎直線上；

將兩個冷成型鋼龍骨的腹板進行固定連接形成冷成型鋼龍骨試件(9)，且兩個冷成型鋼龍骨兩側翼緣的外表面處於同一平面，選擇兩個冷成型鋼龍骨的同一側側翼開設螺栓孔一，通過螺栓一將冷成型鋼龍骨試件(9)固定在方形鋼端板(2)上，冷成型鋼龍骨試件(9)位於圓柱體銷形連接塊一(1)的對立面，且冷成型鋼龍骨試件(9)的中心與方形鋼端板(2)的形心在同一豎直線上；

從長方形開口(8)打入自攻螺釘(6)將建築板材試件(10)和冷成型鋼龍骨試件(9)連接，且建築板材試件(10)和冷成型鋼龍骨試件(9)的形心在同一條豎直線上；

圓柱體銷形連接塊一(1)通過通孔一(11)連接萬能試驗機，且圓柱體銷形連接塊二(5)通過通孔二連接萬能試驗機。

本發明的有益效果為：

本發明可以實現冷成型鋼龍骨與建築板材間的自攻螺釘連接件的抗拔性能的實驗測試，並提供了基本的實驗裝置，該實驗裝置可以模擬冷成型鋼龍骨與建築板材間的自攻螺釘連接件在實際工況下受到的拉力情況，以此填補了研究冷成型鋼龍骨與建築板材間的自攻螺釘連接件的抗拔性能試驗的空白，提高了類似的各種力學試驗的便捷性，為探究其他形式的連接件提供了思路，也為後續力學實驗研究和規範設計提供更切實的技術保障。

附圖說明

圖1是本發明上部連接部件的示意圖；

圖2是本發明下部連接部件的示意圖；

圖3是本發明整體實驗裝置俯視示意圖；

圖4是本發明正方形上平板的立體示意圖；

圖5是本發明正方形下平板的立體示意圖；

圖6是本發明整體實驗裝置立體示意圖。

附圖標記說明

1-圓柱體銷形連接塊一、2-方形鋼端板、3-正方形上平板、4-正方形下平板、5-圓柱體銷形連接塊二、6-自攻螺釘、7-正方形開口、8-長方形開口、9-冷成型鋼龍骨試件、10-建築板材試件、11-通孔一。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。

用於測試自攻螺釘抗拔連接性能的實驗裝置，包括上部連接部件和下部連接部件。上部連接部件包括圓柱體銷形連接塊一1和方形鋼端板2，圓柱體銷形連接塊一1的外圓周面上開設有通孔一11，圓柱體銷形連接塊一1豎直固定在方形鋼端板2中部，且圓柱體銷形連接塊一1的形心與方形鋼端板2的形心在同一豎直線上。方形鋼端板2上開設有4個六角的螺栓孔一，螺栓孔一圍繞圓柱體銷形連接塊一1均勻對稱分布，且4個螺栓孔一均位於方形鋼端板2的對角線上。

下部連接部件包括正方形上平板3、正方形下平板4和圓柱體銷形連接塊二5。圓柱體銷形連接塊二5的外圓周面上開設有通孔二，圓柱體銷形連接塊二5豎直固定在正方形下平板4上，且圓柱體銷形連接塊二5的形心與正方形下平板4的形心在同一豎直線上。

正方形上平板3中部開設有正方形開口7，正方形上平板3的四邊與正方形開口7的四邊對應平行，正方形開口7的尺寸大於後續所使用的冷成型鋼龍骨試件9的尺寸。正方形上平板3上開設有12個六角的螺栓孔二，螺栓孔二沿正方形上平板3的四條邊等間距均勻排布。螺栓孔一的直徑是螺栓孔二的直徑的2～3倍。

正方形下平板4中部開設有兩個長方形開口8，長方形開口8在圓柱體銷形連接塊二5左右兩側對稱分布。長方形開口8的一側長邊靠近圓柱體銷形連接塊二5，長方形開口8遠離圓柱體銷形連接塊二5的另一側長邊與正方形開口7的邊對齊，且長方形開口8的短邊也與正方形開口7的邊對齊。正方形下平板4開設有六角的螺栓孔二，正方形下平板4上螺栓孔二與正方形上平板3上螺栓孔二的數目和尺寸相同，且正方形上平板3上的螺栓孔二與正方形下平板4上的螺栓孔二相互對稱。

正方形上平板3與正方形下平板4的平面尺寸相同，且正方形上平板3通過螺栓二安裝在正方形下平板4上圓柱體銷形連接塊二5的對立面。

圓柱體銷形連接塊一1和圓柱體銷形連接塊二5為適合於萬能試驗機連接的連接塊，則通孔一11和通孔二的尺寸相同，且通孔一11和通孔二在實驗時相對於方形鋼端板2的位置相同。通孔一11和通孔二能夠滿足插銷插入並與萬能機形成單方向鉸接，或使萬能試驗機能夠直接夾持圓柱體接頭。

方形鋼端板2和正方形上平板3可以通過螺栓給予冷成型鋼龍骨試件9拉力，且方形鋼端板2和正方形上平板3相互錯開保證了冷成型鋼龍骨試件9和建築板材試件10的連接空間。方形鋼端板2與冷成型鋼龍骨試件9的連接通過給冷成型鋼龍骨試件9開孔，並運用螺栓緊固的方式完成，解決了依靠手工的電鑽打孔時的精確度問題。

本發明還提供了一種用於測試自攻螺釘抗拔連接性能的實驗裝置的實施方式，具體包括以下兩種方式：

(1)拼裝完整的試件直接接入實驗裝置

運用螺栓將兩個冷成型鋼龍骨的腹板進行連接形成冷成型鋼龍骨試件9，並確保兩個冷成型鋼龍骨兩側翼緣的外表面處於同一平面。選擇兩個冷成型鋼龍骨的同一側側翼開設螺栓孔一，用於連接方形鋼端板2。將冷成型鋼龍骨試件9放置在建築板材試件10上，未開設螺栓孔一的側翼與建築板材試件10相接，且冷成型鋼龍骨試件9的中心和建築板材試件10的中心在同一條豎直線上。運用自攻螺釘透過長方形口8將建築板材試件10和冷成型鋼龍骨試件9進行連接，形成完整的試件。兩個長方形口8中打入的自攻螺釘數目一樣，且兩個長方形口8中打入的自攻螺釘相互對稱。。

步驟一：將本發明實驗裝置的正方形上平板3和正方形下平板4的螺栓二全部取下並拆開正方形上平板3和正方形下平板4。

步驟二：將建築板材試件10放置在正方形下平板4未固定有圓柱體銷形連接塊二5的一側上，且步驟一完整試件的兩個冷成型鋼龍骨未開設螺栓孔的側翼平面分別對應兩個長方形口8。再在完整試件上套入正方形上平板3，正方形上平板3穿過冷成型鋼龍骨試件9覆蓋在建築板材試件10上，並且正方形上平板3上的螺栓孔二與正方形下平板4上的螺栓孔二對齊。

步驟三：將正方形上平板3和正方形下平板4的連接螺栓二裝上，預先擰數圈稍微壓緊使完整試件不致於掉落。

步驟四：在冷成型鋼龍骨試件9的開設螺栓孔一的側翼上放置方形鋼端板2，側翼的螺栓孔一與方形鋼端板2的螺栓孔一相互對齊，對齊後運用螺栓一進行擰緊。重新對齊所有部件的形心後再擰緊螺栓二。

步驟五：通過圓柱體銷形連接塊一1和圓柱體銷形連接塊二5連接萬能試驗機進行相應試驗。

(2)試件未拼裝完整，在實驗裝置中進行拼裝連接

步驟一：取下正方形上平板3和正方形下平板4四邊中任意一條邊上的螺栓二，從取下螺栓二的一邊向正方形上平板3和正方形下平板4之間插入建築板材試件10，該建築板材試件10的中心與正方形上平板3和正方形下平板4的形心在同一豎直線上。再將取下的螺栓二裝上，預先擰緊數圈使建築板材試件10不致掉落。此時建築板材試件10通過螺栓二與正方形上平板3、正方形下平板4形成一個整體。

步驟二：將兩個實驗用冷成型鋼龍骨的腹板運用打孔-螺栓緊固等方式進行連接形成冷成型鋼龍骨試件9，且確保兩個冷成型鋼龍骨的兩側翼緣表面處於同一平面。

步驟三：將步驟二冷成型鋼龍骨試件9的側翼平面通過正方形上平板3的正方形口7與建築板材試件10相接，兩個冷成型鋼龍骨的側翼平面分別對應兩個長方形口8。且冷成型鋼龍骨試件9的中心與步驟一整體裝置的形心在同一豎直線上。從正方形下平板4的長方形口8打入自動螺釘，自攻螺釘依次穿過建築板材試件10和冷成型鋼龍骨試件9。兩個長方形口8打入的自攻螺釘數目一樣，且自攻螺釘相互對稱。

步驟四：在步驟三冷成型鋼龍骨試件9未連接建築板材試件10的另一側側翼平面上開設六角的螺栓孔一，開設的螺栓孔一用於連接方形鋼端板2。側翼平面的螺栓孔一的尺寸與方形鋼端板2上的螺栓孔一的尺寸相同，且側翼平面的螺栓孔一的位置對應方形鋼端板2上的螺栓孔一的位置。將上部連接部件通過螺栓一安裝在冷成型鋼龍骨試件9上，固定有圓柱體銷形連接塊一1的面不與冷成型鋼龍骨試件9接觸。必要時可以使用墊片以保證傳力穩定。上部連接部件的形心、冷成型鋼龍骨試件9的中心和步驟一的整體裝置的形心均在同一豎直線上。確認各部件相對位置正確後，擰緊螺栓二。

步驟五：將整個實驗裝置通過圓柱體銷形連接塊一1和圓柱體銷形連接塊二5以插銷的形式安裝於萬能試驗機上，形成兩端鉸接的拉伸情況，進行相應實驗。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。