石宇+王身伟+刘永健

文章编号：6732049(2014)02005708[KH*2D]

收稿日期：20131115

基金项目：国家自然科学基金项目（51108033）；陕西省自然科学基础研究计划项目(2013JQ7032)

摘要：为研究中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）计算壁厚2 mm以下钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的适用性和钢板非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法，对钢板钢板、钢板石膏板以及钢板定向刨花板（OSB板）连接件共计34个试件进行了试验研究，分析了板材类型、螺钉端距等因素对连接件抗剪承载力的影响，并将中国规范、英国规范和北美AISI S10012规范计算结果与试验结果进行对比分析，最后提出钢板非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法。研究结果表明：钢板OSB板、钢板石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏，且具有明显的方向性；随螺钉端距的增大，试件抗剪承载力有所提高；中国规范GB 50018—2002适用于壁厚2 mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算，且偏于安全。

关键词：冷弯薄壁型钢；自攻螺钉；抗剪承载力；规范；设计方法；石膏板；OSB板

中图分类号：TU392.5 文献标志码：A

Research on Shear Behavior of Single Tapping Screw Connection in Coldformed Thinwall Steel Structures

SHI Yu1, WANG Shenwei1,2, LIU Yongjian3

Abstract:In order to investigate the applicability of calculating the shear capacity of single tapping screw connection with sheet steel under 2 mm according to Chinese code Technical Code of Coldformed Thinwall Steel Structure (GB 50018—2002) and the design method of single tapping screw connection between steel plate and nonsteel plate,a total of 34 specimens were tested in three series, which were distinguished by the connection forms, such as steel platesteel plate connection,steel plategypsum wallboard connection and steel plateoriented strand board (OSB) connection. Authors analyzed the influence of sheet material and the screw end distance, etc. for the shear capacity of single tapping screw connection and compared the calculation results with the test results according to Chinese code,British code and North American AISI S10012 standard. Finally,the design method of shear capacity of single tapping screw connection between steel plate and nonsteel plate was proposed. The research results show that the failure modes of steel plateOSB connection and steel plategypsum wallboard connection are bearing damage in plategypsum wallboard and OSB which are both anisotropic.With the screw end distance increasing,the shear capacity of specimens is improved.Chinese code GB 50018—2002 is suited to calculate the shear capacity of single tapping screw connection in coldformed thinwall steel with sheet steel under 2 mm and the results are safe.

Key words: coldformed thinwall steel; tapping screw; shear capacity; code; design method;gypsum wallboard; oriented strand board

0 引 言

自攻螺钉连接以其施工方便、承载力高、连接刚度好等特点在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中得到了广泛应用［13］。自攻螺钉连接件按连接板件材料的不同分为钢板钢板自攻螺钉连接件和钢板非钢板自攻螺钉连接件2种类型。近些年，各国对钢板钢板单颗自攻螺钉连接的抗剪性能进行了大量试验研究，并基于试验结果提出了设计方法。1996版AISI规范以ECCS建议、英国标准为基础，并结合美国、加拿大、瑞典、英国及荷兰3 500多个试验的结果，提出了螺钉连接的设计方法与构造要求［4］。Rogers等［5］采用澳大利亚AS/NZS 4600:2005规范、加拿大CSAS13607规范和1996版AISI规范计算了不同母材厚度的钢板钢板自攻螺钉连接的抗剪承载力，均偏于不安全。潘景龙［6］在试验研究的基础上，讨论了影响自攻螺钉连接抗剪性能的因素，并根据各国30余组试件的试验结果，提出了抗剪强度表达式。黄川［7］通过试验研究了自攻螺钉直径、板件厚度及连接类型等因素对壁厚2 mm以下钢板钢板单颗自攻螺钉连接抗剪性能的影响。舒赣平等［8］采用试验分析了不同板厚钢板钢板单颗自攻螺钉连接件的破坏机理、受力特点以及螺钉直径、钢板厚度等关键因素对连接强度和刚度的影响，并采用最小二乘法拟合出自攻螺钉连接强度的计算公式。中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）［9］（适用于壁厚为2~6 mm的承重构件）基于欧洲建议，提出了钢板钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力的设计方法，但是并没有对壁厚2 mm以下冷弯薄壁型钢构件的设计计算方法作出明确规定。

各国对钢板非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力的研究较少。董军等［10］通过试验得到了无石棉大幅面纤维水泥加压板（NAFC板）和低收缩性纤维水泥加压板（LCFC板）的力学特性及其采用自攻螺钉与轻钢龙骨连接的承载力和荷载位移特征。秦雅菲［11］对钢板石膏板、钢板OSB板单颗自攻螺钉连接的抗剪性能进行了试验研究，得到了连接件的剪切刚度。潘斯勇［12］采用试验研究了钢板石膏板、钢板OSB板单颗自攻螺钉连接件的剪切破坏模型与受力性能。目前，还没有钢板非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力的设计方法。

本文中笔者分别对钢板钢板、钢板石膏板、钢板OSB板单颗自攻螺钉连接件进行试验研究，并分析总结各国学者已有的研究成果，探讨中国规范GB 50018—2002中规定的单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法是否适用于计算壁厚2 mm以下钢板自攻螺钉连接的承载力，最后根据试验结果，提出钢板非钢板单颗自攻螺钉连接的抗剪承载力设计方法。

1 试验研究

1.1试件设计

为了研究板材类型、螺钉端距等因素对壁厚2 mm以下钢板钢板、钢板非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力的影响，先后进行了2组试验［1314］。第1组试件板材尺寸取300 mm×50 mm，螺钉距板边缘15 mm；钢板厚度为1 mm；OSB板厚度为9 mm，石膏板厚度为12 mm，两者与钢板的连接均采用ST4.2的自攻螺钉。第2组试件板材尺寸取[JP2]300 mm×50 mm，螺钉端距取15 mm和25 mm两种情况；钢板厚度为0.84 mm和1.6 mm；[JP]OSB板厚度为12 mm和18 mm，石膏板厚度为12 mm；钢板与钢板、钢板OSB板的连接采用ST4.8的自钻自攻螺钉，钢板石膏板的连接采用ST4.2的自攻螺钉。为防止试验机夹坏试件石膏板和OSB板的端部，在每个试件的端部设置120 mm×40 mm×4 mm的钢板夹头和40 mm×40 mm的配套钢夹板，并采用4颗M5螺钉与石膏板和OSB板尾部相连。试件设计见图1，试件编号规则见图2，试件编号及试验结果见表1。根据材性试验及文献［11］，［15］试验所用钢板、石膏板和OSB板材料特性见表2。

1.2试验装置与加载制度

试验在长安大学建筑工程实验室完成，采用长春科新试验仪器有限公司生产的WDW3030微控

图1[ 试件设计(单位：mm)

Fig.1[ Specimen Design (Unit：mm)

图2试件编号规则

Fig.2Specimen Labeling Rule

电子万能试验机，见图3。根据规范AISI TS402［16］，第1组试件采用力控制加载方式，加载速度为10 N·s-1；第2组试件采用位移控制加载方式，加载速度为0.5~1 mm·min-1。试验加载过程可按事先设定的程序由计算机全程自动控制，试件滑

表1试件编号及试验结果

Tab.1[ Specimen Numbers and Test Results

试件编号 螺钉头侧板材类型 螺钉端距/mm 螺钉头侧板材厚度/mm 螺钉头侧板材受力方向 螺钉尖侧钢板厚度/mm 螺钉直径/mm 抗剪承载力试验值/kN

S0.840.844.81 钢板 15 0.840.84 4.8 4.151

S0.840.844.82 钢板 15 0.840.84 4.8 3.119

S0.840.844.83 钢板 25 0.840.84 4.8 4.074

S1.601.604.81 钢板 15 1.601.60 4.8 7.093

G12Z1.604.21 石膏板 25 12.00 [KG*5/6]纵向 1.60 4.2 0.486

G12H1.604.21 石膏板 25 12.00 [KG*5/6]横向 1.60 4.2 0.389

G12Z0.844.21 石膏板 25 12.00 [KG*5/6]纵向 0.84 4.2 0.451

G12Z0.844.22 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]纵向 0.84 4.2 0.400

G12H0.844.21 石膏板 25 12.00 [KG*5/6]横向 0.84 4.2 0.302

G12H0.844.22 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]横向 0.84 4.2 0.288

G12Z14.21 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]纵向 1.00 4.2 0.293

G12Z14.22 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]纵向 1.00 4.2 0.245

G12Z14.23 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]纵向 1.00 4.2 0.261

G12H14.21 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]横向 1.00 4.2 0.152

G12H14.22 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]横向 1.00 4.2 0.165

G12H14.23 石膏板 15 12.00 [KG*5/6]横向 1.00 4.2 0.130

O12Z1.604.81 OSB板 15 12.00 [KG*5/6]纵向 1.60 4.8 2.583

O12Z1.604.82 OSB板 25 12.00 [KG*5/6]纵向 1.60 4.8 2.841

O12H1.604.81 OSB板 15 12.00 [KG*5/6]横向 1.60 4.8 1.921

O12H1.604.82 OSB板 25 12.00 [KG*5/6]横向 1.60 4.8 2.146

O18Z1.604.81 OSB板 15 18.00 [KG*5/6]纵向 1.60 4.8 2.622

O18Z1.604.82 OSB板 25 18.00 [KG*5/6]纵向 1.60 4.8 3.010

O18H1.604.81 OSB板 15 18.00 [KG*5/6]横向 1.60 4.8 1.985

O18H1.604.82 OSB板 25 18.00 [KG*5/6]横向 1.60 4.8 2.853

O12Z0.844.81 OSB板 25 12.00 [KG*5/6]纵向 0.84 4.8 1.902

O12H0.844.81 OSB板 25 12.00 [KG*5/6]横向 0.84 4.8 1.471

O9Z14.21 OSB板 15 9.00 [KG*3]纵向 1.00 4.2 1.318

O9Z14.22 OSB板 15 9.00 [KG*3]纵向 1.00 4.2 1.295

O9Z14.23 OSB板 15 9.00 [KG*3]纵向 1.00 4.2 1.295

O9H14.21 OSB板 15 9.00 [KG*3]横向 1.00 4.2 1.023

O9H14.22 OSB板 15 9.00 [KG*3]横向 1.00 4.2 1.086

O9H14.23 OSB板 15 9.00 [KG*3]横向 1.00 4.2 1.113

注：Z表示纤维纵向；H表示纤维横向；S表示钢材；G表示石膏板；O表示OSB板；N表示NAFC板；L表示LCFC板。

表2试验材料特性

Tab.2]Test Material Properties

板材类型 板材厚度/mm fy/MPa fu/MPa 纵向静曲强度/MPa 横向静曲强度/MPa

钢板 0.84 334 445

钢板 1.60 311 424

钢板 1.00 318 434

石膏板 12.00 5.59 1.85

OSB板

9.00 22.00 11.00

12.00 20.00 10.00

18.00 21.20 12.20

[BG)F]

注：fy为试件的屈服强度；fu为试件的极限强度。

图3 电子万能试验机

Fig.3 Electronic Universal Test Machines

移量由电子应变引伸计测量，可有效地避免测量区域以外变形的干扰。加载时调节试件两端夹具，使试件受力在一条直线上，匀速加载至试件破坏。

1.3试验现象与结果

不同类型连接件的破坏特征表述如下：

（1）钢板石膏板单颗自攻螺钉连接件。石膏板材料的强度、韧性较差，属于典型的脆性材料，试件石膏板截面尺寸取50 mm×12 mm，接头取1颗螺钉，螺钉的螺纹外径为4.2 mm，致使抗拉强度自身很低的石膏板在连接处的净截面削弱较大，试验中所有石膏板连接件均在螺钉连接处发生净截面拉断破坏［图4（a）］，破坏时的变形也很小。此外，石膏板的纸质面层对其受力性能有一定影响，且因纸质面层在纵向与横向的纤维差异，致使2个方向石膏板的受力性能有明显差异。

]图4[ 试件破坏形态

Fig.4[ Failure Modes of Specimens

（2）钢板OSB板单颗自攻螺钉连接件。OSB板材料的韧性较石膏板好，试验中随荷载的逐渐增大，螺钉与OSB板间剪切挤压变形逐渐增大，螺钉因变形螺钉头倾斜内嵌、螺钉尾上翘明显，在荷载接近最大值时，OSB板端部沿厚度方向出现劈裂，导致连接件破坏［图4（b）］。

（3）钢板钢板单颗自攻螺钉连接件。

钢板材料的强度与韧性较石膏板、OSB板好，试验中随荷载的逐渐增大，螺钉与钢板的剪切挤压变形也逐渐增大，螺钉倾斜明显，在荷载接近峰值时，由于螺钉孔挤压变形过大、螺钉头被剪断，而导致连接件破坏［图4（c）］。

各试件的抗剪承载力试验值见表1。由试验结果可以看出：钢板石膏板连接的抗剪承载力远小于其他2种连接类型；对于钢板石膏板、钢板OSB板连接件，试件的抗剪承载力主要由自攻螺钉孔边板的承压强度控制，墙面板材料特性对连接件的抗剪承载力有明显影响，并且墙面板沿纵向纤维方向的抗剪承载力均比沿横向纤维方向大；另外，随螺钉端距的增大，试件抗剪承载力也相应增大。

2 试验结果分析

各国钢板钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法如表3所示。

近年来，中国学者对壁厚2 mm以下钢板自攻螺钉连接的抗剪性能进行了试验研究。黄川［7］于2003年进行了钢板钢板自攻螺钉抗剪承载力试验。试验试件分为2组，一组螺钉直径为4.8 mm，钢板厚度为1 mm；另一组螺钉直径为5.5 mm，钢板厚度为1.5 mm。试验中试件的破坏模式主要为螺钉倾斜拔脱和螺钉被剪断2种，且以螺钉倾斜拔脱为主。舒赣平等［8］进行了3种自攻螺钉规格、4种钢板厚度的单颗自攻螺钉连接件试验。当自攻螺钉直径较小时,连接破坏形式为螺钉被剪断，变形能力较小，属于脆性破坏；而对自攻螺钉直径较大的薄板薄板、薄板厚板及厚板厚板的连接，破坏形式主要为板孔边缘压溃、鼓曲或连接板拉断，变形能力较大，属于延性破坏。董军等［10］进行了NAFC板、LCFC板及其与轻钢龙骨自攻螺钉连接性能的试验[CM)][FL)]

表3[各国钢板钢板连接抗剪承载力设计方法

Tab.3[ Design Method of Shear Capacity Between Steel Plate and Steel Plate Connection in Different Countries

规范 计算公式 破坏模式 备注

中国规范GB 50018—2002［9］ [ZB(]

t1/t=1.0

Nfv=3.7(t3d)1/2f 螺钉倾斜拔出

Nfv≤2.4tdf 被连接板件撕裂[ZB)]

t1/t≥2.5 Nfv=2.4tdf 被连接板件撕裂

当1.0<t1/t<2.5时，Nfv由以上2种情况插值求得[ZB)]

Nfv为单颗螺钉连接件的抗剪承载力设计值；

d为自攻螺钉直径；

t为较薄板（螺钉头接触侧的钢板）厚度；

t1为较厚板（螺钉尖侧的钢板）厚度；

f为被连接钢板的抗拉强度设计值

北美AISI S10012规范［17］

t2/t1≤1.0

Pns=4.2(t32d)1/2Fu2 螺钉倾斜拔出

Pns≤2.7t1dFu1

Pns≤2.7t2dFu2[ZB)] 连接材料承压破坏[ZB)]

t2/t1≥2.5

Pns=2.7t1dFu1

Pns≤2.7t2dFu2连接材料承压破坏

当1.0<t2/t1<2.5时，Pns由以上2种情况插值求得[ZB)]

Pns为单颗螺钉的额定抗剪强度；

d为自攻螺钉直径；

t1为与螺钉头接触的板件厚度；

t2为不与螺钉头接触的板件厚度；

Fu1为与螺钉头接触的板件抗拉强度；

Fu2为不与螺钉头接触的板件抗拉强度

[BHDG20mm,WK14,K24,KZQW]

英国规范BS 59505:1998［18］ [ZB(]

[BHDG10mm,K5,K19]

t2/t1=1.0 [ZB(]

[BHDG5mm,K10,K9]

Ps=3.2(t31d)1/2py 螺钉倾斜拔出

Ps≤2.1t1dpy 被连接板件撕裂[ZB)]

[BHDG5mm,K5,K10,K9]

t2/t1≥2.5 Ps=2.1t1dpy 被连接板件撕裂

[BHDG5mm,K24W]

当1.0<t2/t1<2.5时，Ps由以上2种情况插值求得[ZB)]

Ps为单颗螺钉连接件的抗剪强度；

t1为与螺钉头相邻的钢板厚度；

t2为与螺钉头不相邻的钢板厚度；

d为螺钉名义直径；

py为钢板的设计强度

研究。NAFC板、LCFC板的厚度有8 mm和12 mm两种，钢板厚度为2 mm，螺钉直径为3.5 mm，试件破坏形式主要为自攻螺钉孔边板被压酥，承载力主要由自攻螺钉孔边板的承压强度控制。另外，2种板材均有明显的方向性，纵向纤维受力性能明显好于横向纤维受力性能。文献［7］，［8］，［10］试件编号及试验结果见表4，材料特性见表5。通过对中国已完成的相关试验进行总结，分析板材类型、螺钉尺寸等因素对钢板钢板和钢板非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力的影响。

钢板钢板单颗自攻螺钉连接的抗剪承载力

依据第2节各国规范关于单颗自攻螺钉连接抗剪承载力的设计方法，计算各试验中钢板钢板连接件的理论抗剪承载力，并与试验结果进行对比，对比结果如表6所示。计算时，中国规范与英国规范钢板材料强度取其屈服强度，北美AISI S10012规范取其极限抗拉强度。

由表6可以看出：①采用各国规范计算壁厚2 mm以下钢板钢板自攻螺钉连接抗剪承载力时，对于等厚钢板连接，北美AISI S10012规范设计方法计算的抗剪承载力与试验结果比较接近，具有一定的可行性，而采用中国规范和英国规范计算得到的抗剪承载力则偏于保守；②对于非等厚钢板连接，采用中国规范和英国规范计算得到的单颗自攻螺钉抗剪承载力与试验结果较为接近，而北美AISI S10012规范理论计算结果偏于不安全。由以上分析可知，中国规范规定的钢板钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法适用于壁厚2 mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接的设计计算，且偏于安全。

钢板非钢板单颗自攻螺钉连接的抗剪承载力

由试验结果可知，钢板非钢板单颗自攻螺钉连接的抗剪承载力主要由螺钉孔边板的承压强度控制，根据各国规范考虑破坏模式为被连接件撕裂的设计方法，提出钢板非钢板连接抗剪承载力的计算公式为

P=tdf

（1）

式中：P为钢板非钢板单颗自攻螺钉连接件的抗剪承载力；t为非钢板连接件的厚度；d为自攻螺钉直径；f为非钢板连接件的静曲强度。

由公式（1）计算各钢板非钢板连接的理论抗剪承载力，并与试验结果进行对比，结果如表7所示。由表7可以看出：①LCFC板螺钉连接件的抗剪性能好于NAFC板螺钉连接件；②与石膏板、OSB板类似，NAFC板和LCFC板纤维纵向的抗剪性能好于纤维横向的抗剪性能；③非钢板类材料的静曲强度与板材厚度是影响其螺钉连接抗剪承载力的主要因素；④按建议公式（1）计算得到的抗剪承载力与试验结果进行对比，偏于安全保守，可以按此方法对钢板非钢板螺钉连接的抗剪承载力进行设计计算。

3 结语

（1）根据本文试验，钢板钢板连接件破坏时螺钉倾斜严重，在螺钉连接处有被撕裂的趋势，并出现螺钉被剪断现象；钢板OSB板、钢板石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏，纵向纤维受力性能均好于横向纤维受力性能；随螺钉端距

表4[文献［7］，［8］，［10］试件编号及试验结果

Tab.4[ Specimen Numbers and Test Results of Literatures ［7］,［8］,［10］

文献来源 试件编号 螺钉头侧板材类型 螺钉头侧板材厚度/mm 螺钉头侧板材受力方向 螺钉尖侧钢板厚度/mm 螺钉直径/mm 抗剪承载力试验值/kN

文献［7］

S114.81 钢板 1.01.0 4.80 3.100

S114.82 钢板 1.01.0 4.80 3.300

S114.83 钢板 1.01.0 4.80 3.200

S114.84 钢板 1.01.0 4.80 3.400

S114.85 钢板 1.01.0 4.80 3.500

S1.51.55.51 钢板 1.51.5 5.50 6.000

S1.51.55.52 钢板 1.51.5 5.50 6.100

S1.51.55.53 钢板 1.51.5 5.50 5.700

S1.51.55.54 钢板 1.51.5 5.50 5.800

S1.51.55.55 钢板 1.51.5 5.50 6.000

文献［8］

S0.80.83.451 钢板 0.80.8 3.45 2.130

S0.80.84.871 钢板 0.80.8 4.87 2.190

S0.80.85.431 钢板 0.80.8 5.43 2.900

S1.51.53.451 钢板 1.51.5 3.45 4.420

S1.51.54.871 钢板 1.51.5 4.87 5.300

S225.431 钢板 2.02.0 5.43 7.300

S0.824.871 钢板 0.82.0 4.87 2.460

S0.825.431 钢板 0.82.0 5.43 2.890

S0.834.871 钢板 0.83.0 4.87 2.520

S0.835.431 钢板 0.83.0 5.43 2.650

文献［10］

N8Z23.51 NAFC板 8.0 纵向 2.0 3.50 1.647

N8H23.51 NAFC板 8.0 横向 2.0 3.50 0.965

N12Z23.51 NAFC板 12.0 纵向 2.0 3.50 2.507

N12H23.51 NAFC板 12.0 横向 2.0 3.50 1.733

L8Z23.51 LCFC板 8.0 纵向 2.0 3.50 2.013

L8H23.51 LCFC板 8.0 横向 2.0 3.50 1.380

L12Z23.51 LCFC板 12.0 纵向 2.0 3.50 2.813

L12H23.51 LCFC板 12.0 横向 2.0 3.50 1.980

表5文献［7］，［8］,［10］试验材料特性

Tab.5Test Material Properties in Literatures ［7］,［8］,［10］

文献来源 板材类型 板材厚度/mm fy/MPa fu/MPa 纵向静曲强度/MPa 横向静曲强度/MPa

文献［7］

钢板 1.0 206.80 340.90

钢板 1.5 210.60 340.30

文献［8］

钢板 0.8 298.33 365.67

钢板 1.5 198.00 335.00

钢板 2.0 261.67 388.33

钢板 3.0 271.67 391.67

文献［10］

NAFC板 8.0 15.9 8.8

NAFC板 12.0 16.7 10.8

LCFC板 8.0 22.8 15.8

LCFC板 12.0 24.7 17.8

的增大，试件抗剪承载力有所提高。

（2）通过将钢板钢板连接件试验结果与各国规范设计方法理论计算值比较可知，对于等厚钢板连接，中国规范与英国规范计算结果较试验值偏于安全，而北美AISI S10012规范计算结果与试验结果较为接近；对于非等厚钢板连接，中国规范和英国规范计算结果与试验值较为接近，而北美AISI S10012规范计算结果偏于不安全。

（3）中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)中规定的单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法适用于壁厚2 mm以下冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接的设计计算，且偏于安全。

（4）根据试验结果及各国设计方法，提出钢板非钢板连接件发生非钢板连接板件承压破坏时的抗剪承载力计算公式，并与试验结果进行对比，偏于安

表6钢板钢板连接件抗剪承载力按规范计算结果与试验结果的比较

Tab.6[Comparison of Shear Capacity Between Code Calculation Results and Test Results About Steel Plate and Steel Plate Connection

试件编号 Ptest/kN Nfv Ptest(Nfv)-1 Pns/kN PtestP-1ns Ps/kN PtestP-1s

S0.840.844.81 4.151 2.085 1.991 3.151 1.318 1.803 2.302

S0.840.844.82 3.119 2.085 1.496 3.151 0.990 1.803 1.730

S0.840.844.83 4.074 2.085 1.954 3.151 1.293 1.803 2.260

S1.601.604.81 7.093 5.102 1.390 7.896 0.898 4.413 1.607

S114.81 3.100 1.676 1.849 3.137 0.988 1.450 2.138

S114.82 3.300 1.676 1.969 3.137 1.052 1.450 2.276

S114.83 3.200 1.676 1.909 3.137 1.020 1.450 2.207

S114.84 3.400 1.676 2.028 3.137 1.084 1.450 2.345

S114.85 3.500 1.676 2.088 3.137 1.116 1.450 2.414

S1.51.55.51 6.000 3.357 1.787 6.158 0.974 2.904 2.066

S1.51.55.52 6.100 3.357 1.817 6.158 0.991 2.904 2.101

S1.51.55.53 5.700 3.357 1.698 6.158 0.926 2.904 1.963

S1.51.55.54 5.800 3.357 1.728 6.158 0.942 2.904 1.998

S1.51.55.55 6.000 3.357 1.787 6.158 0.974 2.904 2.066

S0.80.83.451 2.130 1.467 1.454 2.041 1.045 1.269 1.681

S0.80.84.871 2.190 1.743 1.262 2.425 0.907 1.507 1.459

S0.80.85.431 2.900 1.840 1.581 2.561 1.136 1.592 1.828

S1.51.53.451 4.420 2.459 1.801 4.681 0.946 2.152 2.058

S1.51.54.871 5.300 2.970 1.786 5.704 0.930 2.569 2.066

S225.431 7.300 6.381 1.145 10.750 0.680 5.519 1.324

S0.824.871 2.460 2.790 0.882 3.847 0.640 2.441 1.008

S0.825.431 2.890 3.110 0.931 4.289 0.675 2.721 1.064

S0.834.871 2.520 2.790 0.904 3.847 0.656 2.441 1.033

S0.835.431 2.650 3.110 0.855 4.289 0.620 2.721 0.977

注：Ptest为抗剪承载力试验值。

全，具有一定的可行性。

参考文献：

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［1］周绪红,石 宇,周天华,等.低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系［J］.建筑科学与工程学报,2005,22(2):114.

HOU Xuhong,SHI Yu,ZHOU Tianhua,et,al.Coldformed Steel Framing System of Lowrise Residential Building［J］.Journal of Architecture and Civil Engineering,2005,22(2):114.

［2］石 宇，周绪红，刘永健.冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件承载力计算的折减强度法［J］.建筑科学与工程学报,2011,28(3):4048.

SHI Yu,ZHOU Xuhong,LIU Yongjian.Strengthreduction Method for Loadcarrying Capacity of Coldformed Thinwalled Lipped Channel Members Under Eccentric Compression［J］.Journal of Architecture and Civil Engineering,2011,28(3):4048.

［3］周绪红，李 喆，刘永健，等.冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压承载力计算［J］.建筑科学与工程学报,2012,29(4):16.

ZHOU Xuhong,LI Zhe,LIU Yongjian,et al.Calculation Method for Bearing Capacity of Coldformed Steel Builtup Columns Under Axial Compression［J］.Journal of Architecture and Civil Engineering,2012,29(4):16.

［4］YU W W.Cold Formed Steel Design［M］.3rd ed.New York:John Wiley & Sons Inc,2000.

［5］ROGERS C A,HANCOCK G J.Screwed Connection Tests of Thin G550 and G300 Sheet Steels［J］.Journal of Structural Engineering,1999,125(2):128136.

［6］潘景龙.自攻螺钉连接的抗剪性能研究［J］.哈尔滨建筑大学学报,1995,28(6):4147.

PAN Jinglong.A Study on the Shear Behavior of the Selftapping Screw Connection［J］.Journal of Harbin University of Architecture and Engineering,1995,28(6):4147.

表7 钢板非钢板连接抗剪承载力理论计算结果与试验结果的比较

Tab.7[ Comparison of Shear Capacity Between Theoretical Calculation Results and Test Results of Steel Plate and Nonsteel Plate Connection

试件编号 Ptest/kN P/kN PtestP-1

G12Z1.604.21 0.486 0.282 1.726

G12H1.604.21 0.389 0.093 4.169

G12Z0.844.21 0.451 0.282 1.599

G12Z0.844.22 0.400 0.282 1.421

G12H0.844.21 0.302 0.093 3.234

G12H0.844.22 0.288 0.093 3.083

G12Z14.21 0.293 0.282 1.039

G12Z14.22 0.245 0.282 0.869

G12Z14.23 0.261 0.282 0.926

G12H14.21 0.152 0.093 1.634

G12H14.22 0.165 0.093 1.774

G12H14.23 0.130 0.093 1.398

O12Z1.604.81 2.583 1.152 2.242

O12Z1.604.82 2.841 1.152 2.466

O12H1.604.81 1.921 0.576 3.335

O12H1.604.82 2.146 0.576 3.725

O18Z1.604.81 2.622 1.832 1.431

O18Z1.604.82 3.010 1.832 1.643

O18H1.604.81 1.985 1.054 1.883

O18H1.604.82 2.853 1.054 2.707

O12Z0.844.81 1.902 1.221 1.557

O12H0.844.81 1.471 0.703 2.093

O9Z14.21 1.318 0.832 1.584

O9Z14.22 1.295 0.832 1.014

O9Z14.23 1.295 0.832 1.556

O9H14.21 1.023 0.416 2.459

O9H14.22 1.086 0.416 2.610

O9H14.23 1.113 0.416 2.675

N8Z23.51 1.647 0.445 3.699

N8H23.51 0.965 0.246 3.916

N12Z23.51 2.507 0.701 3.574

N12H23.51 1.733 0.454 3.821

L8Z23.51 2.013 0.638 3.153

L8H23.51 1.380 0.442 3.119

L12Z23.51 2.813 1.037 2.712

L12H23.51 1.980 0.748 2.648

［7］黄 川.冷弯薄壁C型钢梁柱半刚性节点实验及有限元分析［D］.重庆:重庆大学,2003.

HUANG Chuan.Experimental Research and Finite Element Analysis on Coldformed Thinwalled C Steel Semirigid Beamtocolumn Connections［D］.Chongqing:Chongqing University,2003.

［8］舒赣平,梁元玮.金属蒙皮抗剪连接试验研究及计算探讨［J］.建筑结构学报,2009,30(2)：7784.

SHU Ganping,LIANG Yuanwei.Experimental Research and Calculation Study of Metal Skin Shear Connection［J］.Journal of Building Structures,2009,30(2):7784.

［9］GB 50018—2002,冷弯薄壁型钢结构技术规范［S］.

GB 50018—2002,Technical Code of Coldformed Thinwall Steel Structures［S］.

［10］董 军,夏冰青,马 宏,等.NAFC、LCFC板及其与轻钢龙骨自攻螺栓连接性能［J］.南京工业大学学报:自然科学版,2002,24(5):1215.

DONG Jun,XIA Bingqing,MA Hong,et al.Researches on NAFC and LCFC Plates and Their Screw Connections with Lightgauge Steel Members［J］.Journal of Nanjing University:Natural Science Edition,2002,24(5):1215.

［11］秦雅菲.冷弯薄壁型钢低层住宅墙柱体系轴压性能理论与试验研究［D］.上海：同济大学，2006.

QIN Yafei.Theoretical and Experimental Research of Coldformed Steel Residential Building Wall Stud System Subject to Centric Axial Loads［D］.Shanghai:Tongji University,2006.

［12］潘斯勇.高强冷弯超薄壁型钢自攻螺钉连接承载力试验研究［D］.上海：同济大学，2009.

PAN Siyong.Experimental Investigation on Carrying Capacity of Highstrength Coldformed Thinwalled Steel Screw Connection［D］.Shanghai:Tongji University,2009.

［13］石 宇.低层冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力研究［D］.西安：长安大学，2005.

SHI Yu.Study on the Shear Resistance of Coldformed Steel Stud Walls in Lowrise Residential Structures［D］. Xian:Changan University,2005.

［14］石 宇,周绪红,聂少锋,等.冷弯薄壁型钢结构住宅螺钉连接的抗剪性能试验研究［J］.建筑结构学报,2010,31(增1):184188.

SHI Yu,ZHOU Xuhong,NIE Shaofeng,et,al.Experimental Investigation on Shear Behavior of Screw Connection in Coldformed Steel Residential Building［J］.Journal of Building Structure,2010,31(S1):184188.

［15］LY/T 1580—2010,定向刨花板［S］.

LY/T 1580—2010,Oriented Strand Board［S］.

［16］AISI TS402,Standard Test Methods for Determining the Tensile and Shear Strength of Screws［S］.

［17］AISI S10012，North American Specification for the Design of Coldformed Steel Structural Members［S］.

［18］BS 59505：1998，Structural Use of Steelwork in Building—Part 5.Code ofPractice for Design of Cold Formed Thin Gauge Sections［S］.

表7 钢板非钢板连接抗剪承载力理论计算结果与试验结果的比较

Tab.7[ Comparison of Shear Capacity Between Theoretical Calculation Results and Test Results of Steel Plate and Nonsteel Plate Connection

试件编号 Ptest/kN P/kN PtestP-1

G12Z1.604.21 0.486 0.282 1.726

G12H1.604.21 0.389 0.093 4.169

G12Z0.844.21 0.451 0.282 1.599

G12Z0.844.22 0.400 0.282 1.421

G12H0.844.21 0.302 0.093 3.234

G12H0.844.22 0.288 0.093 3.083

G12Z14.21 0.293 0.282 1.039

G12Z14.22 0.245 0.282 0.869

G12Z14.23 0.261 0.282 0.926

G12H14.21 0.152 0.093 1.634

G12H14.22 0.165 0.093 1.774

G12H14.23 0.130 0.093 1.398

O12Z1.604.81 2.583 1.152 2.242

O12Z1.604.82 2.841 1.152 2.466

O12H1.604.81 1.921 0.576 3.335

O12H1.604.82 2.146 0.576 3.725

O18Z1.604.81 2.622 1.832 1.431

O18Z1.604.82 3.010 1.832 1.643

O18H1.604.81 1.985 1.054 1.883

O18H1.604.82 2.853 1.054 2.707

O12Z0.844.81 1.902 1.221 1.557

O12H0.844.81 1.471 0.703 2.093

O9Z14.21 1.318 0.832 1.584

O9Z14.22 1.295 0.832 1.014

O9Z14.23 1.295 0.832 1.556

O9H14.21 1.023 0.416 2.459

O9H14.22 1.086 0.416 2.610

O9H14.23 1.113 0.416 2.675

N8Z23.51 1.647 0.445 3.699

N8H23.51 0.965 0.246 3.916

N12Z23.51 2.507 0.701 3.574

N12H23.51 1.733 0.454 3.821

L8Z23.51 2.013 0.638 3.153

L8H23.51 1.380 0.442 3.119

L12Z23.51 2.813 1.037 2.712

L12H23.51 1.980 0.748 2.648

［7］黄 川.冷弯薄壁C型钢梁柱半刚性节点实验及有限元分析［D］.重庆:重庆大学,2003.

HUANG Chuan.Experimental Research and Finite Element Analysis on Coldformed Thinwalled C Steel Semirigid Beamtocolumn Connections［D］.Chongqing:Chongqing University,2003.

［8］舒赣平,梁元玮.金属蒙皮抗剪连接试验研究及计算探讨［J］.建筑结构学报,2009,30(2)：7784.

SHU Ganping,LIANG Yuanwei.Experimental Research and Calculation Study of Metal Skin Shear Connection［J］.Journal of Building Structures,2009,30(2):7784.

［9］GB 50018—2002,冷弯薄壁型钢结构技术规范［S］.

GB 50018—2002,Technical Code of Coldformed Thinwall Steel Structures［S］.

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DONG Jun,XIA Bingqing,MA Hong,et al.Researches on NAFC and LCFC Plates and Their Screw Connections with Lightgauge Steel Members［J］.Journal of Nanjing University:Natural Science Edition,2002,24(5):1215.

［11］秦雅菲.冷弯薄壁型钢低层住宅墙柱体系轴压性能理论与试验研究［D］.上海：同济大学，2006.

QIN Yafei.Theoretical and Experimental Research of Coldformed Steel Residential Building Wall Stud System Subject to Centric Axial Loads［D］.Shanghai:Tongji University,2006.

［12］潘斯勇.高强冷弯超薄壁型钢自攻螺钉连接承载力试验研究［D］.上海：同济大学，2009.

PAN Siyong.Experimental Investigation on Carrying Capacity of Highstrength Coldformed Thinwalled Steel Screw Connection［D］.Shanghai:Tongji University,2009.

［13］石 宇.低层冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力研究［D］.西安：长安大学，2005.

SHI Yu.Study on the Shear Resistance of Coldformed Steel Stud Walls in Lowrise Residential Structures［D］. Xian:Changan University,2005.

［14］石 宇,周绪红,聂少锋,等.冷弯薄壁型钢结构住宅螺钉连接的抗剪性能试验研究［J］.建筑结构学报,2010,31(增1):184188.

SHI Yu,ZHOU Xuhong,NIE Shaofeng,et,al.Experimental Investigation on Shear Behavior of Screw Connection in Coldformed Steel Residential Building［J］.Journal of Building Structure,2010,31(S1):184188.

［15］LY/T 1580—2010,定向刨花板［S］.

LY/T 1580—2010,Oriented Strand Board［S］.

［16］AISI TS402,Standard Test Methods for Determining the Tensile and Shear Strength of Screws［S］.

［17］AISI S10012，North American Specification for the Design of Coldformed Steel Structural Members［S］.

［18］BS 59505：1998，Structural Use of Steelwork in Building—Part 5.Code ofPractice for Design of Cold Formed Thin Gauge Sections［S］.

表7 钢板非钢板连接抗剪承载力理论计算结果与试验结果的比较

Tab.7[ Comparison of Shear Capacity Between Theoretical Calculation Results and Test Results of Steel Plate and Nonsteel Plate Connection

试件编号 Ptest/kN P/kN PtestP-1

G12Z1.604.21 0.486 0.282 1.726

G12H1.604.21 0.389 0.093 4.169

G12Z0.844.21 0.451 0.282 1.599

G12Z0.844.22 0.400 0.282 1.421

G12H0.844.21 0.302 0.093 3.234

G12H0.844.22 0.288 0.093 3.083

G12Z14.21 0.293 0.282 1.039

G12Z14.22 0.245 0.282 0.869

G12Z14.23 0.261 0.282 0.926

G12H14.21 0.152 0.093 1.634

G12H14.22 0.165 0.093 1.774

G12H14.23 0.130 0.093 1.398

O12Z1.604.81 2.583 1.152 2.242

O12Z1.604.82 2.841 1.152 2.466

O12H1.604.81 1.921 0.576 3.335

O12H1.604.82 2.146 0.576 3.725

O18Z1.604.81 2.622 1.832 1.431

O18Z1.604.82 3.010 1.832 1.643

O18H1.604.81 1.985 1.054 1.883

O18H1.604.82 2.853 1.054 2.707

O12Z0.844.81 1.902 1.221 1.557

O12H0.844.81 1.471 0.703 2.093

O9Z14.21 1.318 0.832 1.584

O9Z14.22 1.295 0.832 1.014

O9Z14.23 1.295 0.832 1.556

O9H14.21 1.023 0.416 2.459

O9H14.22 1.086 0.416 2.610

O9H14.23 1.113 0.416 2.675

N8Z23.51 1.647 0.445 3.699

N8H23.51 0.965 0.246 3.916

N12Z23.51 2.507 0.701 3.574

N12H23.51 1.733 0.454 3.821

L8Z23.51 2.013 0.638 3.153

L8H23.51 1.380 0.442 3.119

L12Z23.51 2.813 1.037 2.712

L12H23.51 1.980 0.748 2.648

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