钢结 构（中 英 文）
专刊主编
侯兆新
全国工程勘察设计大师
国家钢结构工程技术研究中心总工程师
中冶集团钢结构领域首席专家
中冶建筑研究总院（深圳）有限公司首席科学家
《钢结构（中英文）》编委
教授级高级工程师，是国家一级注册结构工程师，也是一级注册建造师、注册咨询工程师。享受国务院政府特殊津贴，属于国家级领军人才。荣获建国 70 周年纪念奖章，是深圳市工程勘察设计功勋大师。
侯兆新大师从事钢结构相关工作已逾 35 年，包括科研、设计、施工、监理、咨询以及标准编制等方面。他积极投身于国家的重大战略工程建设和重大专项研究。在钢结构领域，他享有较高声誉，成为我国钢结构领域，特别是高强度螺栓连接技术领域的学科带头人之一。多年来，在其专业领域形成了以下三大技术特色：钢结构、主题公园、海外工程。在“高强度螺栓连接、金属屋面、国产钢材走出去以及钢结构建筑产业化”等四个方面做出了突出贡献。其中，研究成果“建筑钢结构新型连接节点及体系的设计理论、关键技术与工程应用”获得 2011 年国家科技进步二等奖。
编者按
装配式钢结构建筑已成为建筑行业发展的新方向与新趋势。装配式钢结构建筑设计的重点和难点之一是其连接节点及结构体系的高效装配化。高强度螺栓连接是 20 世纪 70 年代以来我国快速发展的一种钢结构施工技术。它拆装方便，很好地契合了装配式结构施工的特点。并且它具有节点刚度大、承载能力强、安全性能高等优点。
近年来，高强度螺栓有了新的结构。在此背景之下，本期邀请了中冶建筑研究总院的侯兆新大师担任专刊主编。该专刊将集中报道中冶建筑研究总院有限公司与北京建筑大学的联合团队在高强度螺栓连接、全螺栓连接节点以及高效装配式钢结构体系方面所取得的研究成果。这样做的目的是为高强度螺栓连接和高效装配式钢结构体系的推广应用以及标准规范的制定提供技术支撑和参考。
钢结构高强度螺栓连接技术新进展
侯兆新，龚超，张艳霞，梁梓豪，梁伟桥，方五军
1.中冶建筑研究总院有限公司
2.国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心
3.北京建筑大学土木与交通工程学院
摘要：高强度螺栓连接是钢结构现场连接的主要方式之一，且在工程中被广泛应用。随着科技的不断进步，高强度螺栓连接技术也在持续发展，各种新品种、新技术、新工艺以及新设备不断涌现出来。对高强度螺栓连接技术的新进展进行调查研究并加以总结概括，能够为高强度螺栓标准规范的修订提供参考，同时也能为设计和施工提供更多的选择。由于缺乏相关标准规范支持，环槽铆钉螺栓等受到制约，影响了其工程应用。对高强度螺栓进行了新工艺的调研，其中包括高强度螺栓预拉力指示器和防腐蚀技术。从这两种工艺的特点开始，对比分析了国内外学者的相关研究成果。新式预拉力指示器避免了传统预拉力指示器所存在的人为施工误差，能够提升高强度螺栓预紧力施工的精确度。高强度螺栓的镀锌防腐技术能够有效减缓螺栓的腐蚀情况，减少后期的维护保养工作。国内外在高强度螺栓连接设计方法方面存在差异。将国内外的标准规范进行比较，这样做能够为现有规范的修订提供参考。国内外规范在螺栓撬力计算方法、最小螺栓预拉力、摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓的承载力计算方法等方面的对比显示：1) 中国规范中螺栓撬力的计算结果相对较为保守。4) 但对于接触面处理方法的定义以及对应的抗滑移系数的规定，各国规范却各不相同。承压型高强度螺栓的孔壁承压强度方面，美国规范计算得出的承压强度最大，欧洲规范的次之，而中国规范最为保守；在承压型高强度螺栓的抗拉和抗剪强度方面，按照欧洲规范计算得到的设计值最大，美国规范的次之，中国规范的最小。总体来看，中国规范比国外规范更为保守。
高强度螺栓有其连接方式，在设计方法方面有新的进展，且需遵循标准规范。
来源为侯兆新、龚超、张艳霞、梁梓豪、梁伟桥、方五军。他们的研究成果是钢结构高强度螺栓连接技术新进展，该成果发表于《钢结构(中英文)》2021 年第 36 卷第 1 期，页码为 1 - 12。
DOI:10.13206/j.gjgS20081901
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高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构性能分析
张艳霞1 张爱林1 侯兆新2 庞占洋1
1. 北京建筑大学土木与交通工程学院
2. 中冶建筑研究总院有限公司
近年来，地震灾害频繁发生。传统钢结构建筑在地震后残余变形较大，修复起来较为困难。而自复位结构能够实现震中轻微受损，震后无需进行修复或者只需稍加修复就可以继续使用的抗震目标，因此受到了国内外学者的广泛关注。近年提出的一种新型高效装配自复位钢框架结构体系，它基于预应力技术和螺栓连接。在能达到与传统自复位钢结构体系相近功能的情况下，实现了无需进行高空张拉，且施工周期较短的高效装配目标。在此基础之上，又提出了高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构，并且完成了对该结构的拟静力试验研究。该结构主要包含两部分，一是高效装配钢框架钢结构用高强度垫圈，二是开缝钢板剪力墙。它通过高强螺栓来实现高效装配。高效装配钢框架由钢柱和预应力钢梁构成，钢柱与预应力钢梁通过钢绞线和高强度螺栓相连接。
利用 ABAQUS 有限元软件来对高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构的试验进行数值模拟。高效装配钢框架结构中的主体构件包括钢柱、预应力钢梁以及钢板剪力墙等，这些构件均采用 C3D8R 八结点六面体线性单元。预应力钢绞线采用 T3D3 三维三结点桁架单元。在计算模型时，需要考虑几何非线性和材料非线性的影响。数值模拟采用的是与试验一致的位移加载制度。试验与数值模拟在结构弹塑性层间位移角限值达到 1/50 时结束。
对比分析数值模拟与试验结果，以验证有限元分析方法的可靠性。同时对比高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构与未设置开缝钢板剪力墙的高效装配钢框架的性能，分析两者的滞回曲线、耗能性能、刚度、自复位能力以及等效塑性应变，进一步研究高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构的抗震性能和开缝钢板剪力墙的作用。
结果表明：数值模拟所得到的滞回曲线与试验结果相吻合，并且框架开口宽度等结果也与试验结果吻合较好，能够很好地模拟出节点开口闭合机制的效果。高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构具备良好的开口闭合机制，同时也具有自复位能力，其初始刚度较高，耗能能力良好，侧向承载力也较高。高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构，其残余开口比较小。在试验过程中，最大索力远远小于钢绞线的屈服索力。高效装配钢框架除了柱脚处有一些轻微的塑性之外，整体框架基本上保持着弹性状态。这种状态为结构能够承受更大的地震作用提供了良好的基础。通过对比分析高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构与未设置开缝钢板剪力墙的高效装配钢框架的数值模拟结果可以得知，开缝钢板剪力墙能够有效提升结构的刚度与耗能能力，开缝钢板剪力墙通过屈曲来消耗能量，能够很好地对框架主体结构起到保护作用，因此在地震过后能够凭借更换开缝钢板剪力墙的方式迅速恢复主体结构的功能。
高效装配钢框架，其采用开缝钢板剪力墙并施加预应力，通过螺栓连接进行装配，需进行性能分析。
张艳霞、张爱林、侯兆新和庞占洋提供了相关内容。来源为高效装配钢框架 - 开缝钢板剪力墙结构性能分析的研究。该研究成果发表在《钢结构(中英文)》2021 年第 36 卷第 1 期，其页码范围是 13 - 33。
DOI:10.13206/j.gjgSE20061101
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箱形钢柱螺栓连接节点试验研究
张艳霞1 侯兆新2 张爱林1 程梦瑶1
1. 北京建筑大学土木与交通工程学院
2. 中冶建筑研究总院有限公司
以 2013 年全国建设工作会议作为标志。国家以及地方政府连续发布文件，积极推动装配式建筑的发展。积极去发展并且采用装配式建筑，尤其是装配式钢结构建筑，达成其标准化的设计、工厂化的生产以及装配化的施工，这既符合国家的政策要求，同时也是建筑行业发展的必然趋势。箱型柱在钢结构建筑中被广泛应用，原因是它的两个主轴方向抗弯刚度相等。目前，箱型柱大多采用全熔透焊接连接技术。不过，这种技术存在一些问题，比如施工效率低，人工成本高，会污染环境，焊接节点在地震作用下容易破坏严重，现场焊接的耐久性也比较差。
由于存在上述急需解决的关键问题，所以提出了一种箱形钢柱螺栓连接节点。这种节点的构造是，在箱形钢柱上、下安装单元之间，利用法兰板通过高强螺栓来进行连接。为了提升节点核心区的性能以及改善受力情况，在上、下单元的关键位置处设置了八边形芯筒。为确保芯筒和柱能良好协同工作，需芯筒与柱壁间隙不超 2mm。若加工精度不达标，可采取两种措施来补偿，一是在芯筒和柱壁间设置补偿板，二是增设自锁式单向螺栓以减少芯筒与柱壁的间隙，从而保证芯筒和柱协同工作的性能。设计两个箱形钢柱螺栓连接节点，一个节点设置单向螺栓，另一个节点设置补偿板。对这两个节点进行低周往复试验。通过试验来研究箱形钢柱螺栓连接节点的受力性能。同时将其与传统全熔透焊接节点的性能进行对比，以研究其刚性性能。
试验结果表明，芯筒的设置可以提供一定的抗弯承载力和抗剪承载力。在层间位移角达到 0.005rad（1/200）时，芯筒会与柱壁接触，进而发挥作用。这样一来，箱形钢柱螺栓连接节点的受力性能会更加优良。层间位移角小于等于 0.04rad(1/25)时，设置补偿板箱形钢柱螺栓连接节点与设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点的滞回性能相近，刚度退化趋势也相近；层间位移角为 0.05rad(1/20)时，设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点的滞回性能比设置补偿板箱形钢柱螺栓连接节点好；在整个加载过程中，两种箱形钢柱螺栓连接节点都有良好的延性，且设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点更优；同时，设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点能显著降低螺栓拉力；设置补偿板箱形钢柱螺栓连接节点在层间位移角为 0.05rad 时发生破坏，设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点在层间位移角为 0.06rad 时发生破坏，设置单向螺栓箱形钢柱螺栓连接节点能承受更大变形，设计时可根据不同需求灵活选用；箱形钢柱螺栓连接节点的静力性能与传统全熔透焊接连接相近，在结构设计时可按刚接进行计算。箱形钢柱螺栓连接节点技术达成了钢结构体系的全螺栓刚性连接以及高效装配。此技术对于推动建筑产业化升级有着重要意义，能够提高施工效率，还能减少环境污染，对促进生态文明也具有重大战略意义。
关键词：箱形钢柱；螺栓连接节点；单向螺栓；补偿板；试验研究
张艳霞、侯兆新、张爱林、程梦瑶进行了箱形钢柱螺栓连接节点的试验研究，该研究成果发表在《钢结构(中英文)》2021 年第 36 卷第 1 期，期刊页码为 34 - 49 。
DOI:10.13206/j.gjgSE20061102
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温度对高强度螺栓连接节点承载性能影响的试验研究
侯兆新1,2 龚 超1,2 梁梓豪2 王 罡2 姚志东2
1. 中冶建筑研究总院有限公司
2. 国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心
摘要：高强度螺栓连接是钢结构现场安装的主要手段之一。高强度螺栓连接螺栓孔采用槽孔时，其对加工和安装误差的适应能力更强，并且便于施工。目前，关于高强度螺栓槽孔节点的研究比较少，而对于高温下高强度螺栓槽孔节点的研究更是一片空白。进行了 14 个试验研究，是关于高强度螺栓标准孔和槽孔连接节点在常温、130℃高温和 200℃高温下的滑移性能。考虑了温度、孔型、螺栓直径等参数的影响。还利用高温应变计测量了高温下高强度螺栓的预拉力。2. 在 130 至 200℃这个温度区间内，槽孔试件的滑移荷载和滑移变形变化较为明显。130℃时，M30 螺栓滑移荷载比常温情况减少 9%，抗滑移系数降低 11%；200℃时，M30 螺栓滑移荷载比常温情况减少 34%，抗滑移系数降低 7%。螺栓预拉力有不规则变化。常温条件下，与标准孔相比，槽孔的滑移荷载和抗滑移系数较小，并且对于直径较大的螺栓，槽孔的削弱程度较小。M20 螺栓槽孔的滑移荷载比标准孔低 11.0%，抗滑移系数比标准孔低 12.0%；M30 螺栓槽孔的滑移荷载比标准孔低 4.0%，抗滑移系数比标准孔低 10.0%。130℃温度下，M30 槽孔的滑移荷载比标准孔低 9.0%，抗滑移系数比标准孔低 13.0%，且与常温条件相比，130℃温度下槽孔的削弱更大。槽孔会使螺栓预拉力松弛加大，130℃温度下钢结构用高强度垫圈，M30 标准孔节点螺栓预拉力松弛约为-16.3%，而槽孔节点螺栓预拉力松弛约为-30.7%，比标准孔高 14.4%。在 20℃至 130℃期间，M30 螺栓的抗滑移系数比 M20 螺栓大约 30.0%。说明连接刚度越大,标准试件抗滑移系数值越大。在 200℃的温度下，M30 螺栓的抗滑移系数比 M20 螺栓的抗滑移系数小 12.4%，并且 M20 螺栓的抗滑移系数出现了异常；在 130℃时，M20 螺栓的预拉力松弛约为 28.4%，M30 螺栓的预拉力松弛约为 16.3%，这表明连接刚度越大，螺栓的预拉力松弛就越小；当温度提高到 200℃时，M20 螺栓的预拉力呈现出明显的下降趋势，其下降幅度比在 130℃时要大，并且离散性也较大。M30螺栓预拉力呈现有升有降的状况,没有明显的规律性。
关键词：高强度螺栓；槽孔节点；高温；抗滑移系数；螺栓预拉力
侯兆新、龚超、梁梓豪、王罡、姚志东提供了相关内容。该内容为温度对高强度螺栓连接节点承载性能影响的试验研究。此研究成果发表在《钢结构(中英文)》2021 年第 36 卷第 1 期，页码为 50 - 59 。
DOI:10.13206/j.gjgS20081803
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