[发明专利]一种抗剪栓钉

说明书

一种抗剪栓钉，本发明涉及钢‑混凝土组合结构中的栓钉，它要解决现有栓钉在往复荷载作用下抗剪承载能力较低的问题。该抗剪栓钉包括栓钉杆与栓帽，在栓钉杆的顶部设置有栓帽，栓钉杆的上部杆身的钉杆直径为d，栓钉杆的下部杆身呈喇叭锥形，栓钉杆的下部杆身的高度为5d，栓钉杆的杆底直径为2～2.5d，在栓钉杆的杆底还设有圆柱底段。本发明对现有栓钉的形状进行改进，降低栓钉自身的最大应力，提高栓钉在往复荷载作用下屈服极限的抗剪承载能力，同时降低焊接接头热影响区的应力，优化栓钉杆的形状，将塑性应变转移到4倍直径范围以外延性较高的栓钉本身，避免焊接接头在往复荷载作用下的超低周疲劳。

技术领域

本发明涉及钢-混凝土组合结构中的栓钉。

背景技术

目前，栓钉作为一种常用的抗剪连接件在钢-混凝土组合结构中大量应用，普通栓钉主要包括两部分：栓钉与栓帽，常用的焊接方式为螺柱焊，是一种高压熔焊的焊接方式。从以往的试验研究结果与有限元分析结果来看，栓钉提供的抗剪承载力主要由距离栓钉与板件(或管件)连接处4倍直径范围内的栓钉与焊接接头决定，其中焊接接头的应力最为集中也最为复杂，4倍直径范围内的栓钉的应力值较高，超过6倍直径范围外的应力则基本不变。

而针对栓钉在单向荷载作用下与往复荷载作用下抗剪承载力的试验结果来看，断裂位置处于栓钉与板件(或管件)的焊接接头的热影响区。同时，与单向荷载作用下的抗剪承载力相比，往复荷载作用下栓钉的极限抗剪承载力与极限抗剪滑移量均显著下降，下降幅度在40％左右。由于焊接接头属于不均匀体，在高温热循环作用下，栓钉与板件(或管件)的母材金相组织发生改变，硬度提高，延性降低，形成热影响区，而且螺柱焊的焊接接头直径与栓钉直径相差不大，高度低，当栓钉提供界面内的抗剪作用力时，焊接接头处应力集中尤其显著，在较低抗剪作用力，应力集中处产生塑性应变，经过十几次循环荷载，塑性应变累积达到阈值，发生脆性断裂。正是由于焊接接头的超低周疲劳，造成栓钉往复荷载作用下抗剪承载能力的显著下降。

发明内容

本发明的目的是要解决现有栓钉在往复荷载作用下抗剪承载能力较低的问题，而提供一种抗剪栓钉。

本发明抗剪栓钉包括栓钉杆与栓帽，在栓钉杆的顶部设置有栓帽，栓钉杆的上部杆身的钉杆直径为d，栓钉杆的下部杆身呈喇叭锥形并随钉杆的轴向向下杆身的直径逐渐增大，栓钉杆的下部杆身的高度为5d，栓钉杆的杆底直径为2～2.5d，在栓钉杆的杆底还设有圆柱底段。

鉴于栓钉4倍直径范围内的应力值最高，以及螺柱焊焊接接头的超低周疲劳显著降低了其在往复荷载作用下的抗剪承载力，本发明对现有栓钉的形状进行改进，降低栓钉自身的最大应力，提高栓钉在往复荷载作用下屈服极限的抗剪承载能力，抗剪承载能力能达到普通栓钉的2～3倍。同时降低焊接接头热影响区的应力，将塑性应变转移到4倍直径范围以外延性较高的栓钉本身，避免焊接接头在往复荷载作用下的超低周疲劳。

本发明所述的新型栓钉能够有效提高栓钉在往复荷载作用下的极限抗剪承载力与极限抗剪滑移量，实现栓钉在往复荷载作用下的延性破坏，另一方面，与具有相同的极限抗剪承载力的普通栓钉相比，可以极大程度上节省材料，充分发挥栓钉的材性特征。并且栓钉造型的改进方法简单，容易操作，通过对配套瓷环的改造，调整焊机参数，容易实现新型栓钉的焊接。

附图说明

图1为现有栓钉的结构示意图；

图2为本发明抗剪栓钉的结构示意图；

图3为图1中A-A的剖面图；

图4是配套的栓钉瓷环的结构示意图；

图5是具体实施方式八中抗剪栓钉的局部示意图；

图6是实施例中栓钉杆5倍直径高度与栓杆半径随高度的变化曲线图；

图7是实施例中试件加载的示意图；