式中：Rt為自攻螺釘抗拉拔承載力許用值;Ks取值見式7;D為螺釘公稱直徑，ST5.5取5.486mm;鋁合金型材為6063-T6時(shí)取Fty2為170MPa，取Ftu2為205MPa。
2.3 計(jì)算結(jié)果對比
采用ST5.5自攻螺釘和6063-T6鋁合金型材，分別對螺釘名義入槽深度為11mm、12mm、13mm、14mm采用上述兩種計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，其抗拉拔承載力計(jì)算結(jié)果見表1。
表1 自攻螺釘抗拉拔承載力許用值計(jì)算結(jié)果
由表1可知：計(jì)算方法一所得計(jì)算結(jié)果明顯小于計(jì)算方法二的結(jié)果，較為保守。
3 試驗(yàn)研究
3.1 試驗(yàn)概況
為驗(yàn)證自攻螺釘抗拉拔承載力，特選取ST5.5自攻螺釘和6063-T6鋁合金型材，名義入槽深度為11mm、12mm、13mm、14mm的試驗(yàn)樣本各10個(gè)，試驗(yàn)加載示意圖見圖4，
試驗(yàn)現(xiàn)場見圖5。
利用江河創(chuàng)建集團(tuán)股份有限公司檢測中心的電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)采用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法對試驗(yàn)樣本進(jìn)行拉拔，記錄螺釘從槽口拔出的試驗(yàn)驗(yàn)值。
3.2 試驗(yàn)結(jié)果
所有試驗(yàn)樣本均為螺釘從型材釘槽槽口拔出，型材上的內(nèi)螺紋剪切破壞。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析見下表2。
表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果
理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比分析分別見表3及圖6。
表3 試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對比
由表2、3和圖6可知：(1)隨著自攻螺釘入槽深度的增加，其抗拉拔承載力亦有序增大;(2)對應(yīng)95%的置信區(qū)間的樣本破壞承載力較為穩(wěn)定;(3)試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相差較小;(4)自攻螺釘槽口抗拉拔承載力試驗(yàn)結(jié)果大于計(jì)算方法一所得結(jié)果，小于計(jì)算方法二所得結(jié)果。
該計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好，可用于實(shí)際工程中自攻螺釘抗拔承載力的計(jì)算。
4 其它相關(guān)問題
4.1 隔熱條
在S60框架幕墻系統(tǒng)推廣應(yīng)用過程中，顧問曾提出槽口內(nèi)放置隔熱條會(huì)降低槽口的抗拉承載力的問題。我司特委托中國建筑科學(xué)研究院進(jìn)行相關(guān)測試，測試示意圖見圖7。發(fā)現(xiàn)放置隔熱條后槽口的承載力不僅不會(huì)降低，反而會(huì)有所提高，但提高有限。經(jīng)分析，應(yīng)是由于放置隔熱條使摩擦力增大所致。
在實(shí)際施工過程中，通過對實(shí)際工程送樣的抽查檢測發(fā)現(xiàn)個(gè)別工程此處自攻螺釘連接的承載力較低，經(jīng)分析是由于自攻螺釘安裝不對中，螺釘攻入后偏向一側(cè)太大，使得另一側(cè)螺紋咬合壁厚太薄。因此，實(shí)際工程中，自攻螺釘?shù)陌惭b務(wù)必保證對中，發(fā)現(xiàn)攻釘困難應(yīng)及時(shí)換位重新攻釘，以使自攻螺釘和兩側(cè)型材咬合相對均勻。
4.2 槽口側(cè)向剛度
在實(shí)際工程應(yīng)用中，顧問曾提出槽口側(cè)向剛度的問題，認(rèn)為螺釘受拉時(shí)會(huì)由于槽口側(cè)向剛度不足而變形，導(dǎo)致實(shí)際的螺紋參與面積無法達(dá)到計(jì)算值，從而降低螺釘?shù)目估纬休d力。
筆者通過Ansys數(shù)值模擬方法進(jìn)行簡化分析。假設(shè)幕墻分格為2m，承受5.0kPa風(fēng)壓，螺釘間距為300mm，將力完全加載到第一扣螺紋上，計(jì)算出來槽口側(cè)向位移為0.014mm(見圖8)，由于螺紋小徑到型材槽口內(nèi)側(cè)距離為0.094mm，此時(shí)螺紋參與面積仍是完整的，可以認(rèn)為槽口的側(cè)向剛度能夠滿足使用需要。
5 結(jié)論
通過上述試驗(yàn)研究和理論分析，可以得出如下結(jié)論：
(1)自攻螺釘槽口抗拉拔承載力試驗(yàn)結(jié)果大于計(jì)算方法一所得結(jié)果，小于計(jì)算方法二所得結(jié)果，但均相差不大。鑒于安全需要，建議采用計(jì)算方法一的計(jì)算公式，即公式(5)。
(2)美國鋁合金設(shè)計(jì)手冊規(guī)定當(dāng)螺紋有效長度超過8mm以后，隨著螺紋入槽長度的增加，自攻螺釘抗拉拔承載力許用值增加不明顯，這與試驗(yàn)過程中遇到的情況是一致的;而且自攻螺釘?shù)谝豢勐菁y受到的力最大，往后依次遞減，因此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，不應(yīng)為了滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算而盲目加大型材厚度，造成不必要的浪費(fèi)。
(3)本文的研究成果安全可靠，可指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)。
(4)S60框架幕墻系統(tǒng)中自攻螺釘受力較為復(fù)雜，仍有問題尚未解決，如自攻螺釘槽口疲勞破壞、螺釘兩邊玻璃幕墻分格不一致導(dǎo)致槽口受扭等問題，尚需加大研究力度。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐海平，劉楠.自攻螺釘連接在建筑上的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，1999，29(9)：50-52.
[2] 林醒山，樂延方，柏樹新，等.自攻螺釘，拉鉚釘連接的受力蒙皮抗剪性能試驗(yàn)研究[J] .工業(yè)建筑，1993，23(6) ：14-20.
[3] 王身偉，石宇.冷彎薄壁型鋼自攻螺釘群連接抗剪承載力計(jì)算方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43(S1)：443-447.
[4] 潘景龍.自攻螺釘連接的抗剪性能研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，28(6)：41−47.
[5] 張雪麗，張耀春.自攻螺釘波峰連接的抗剪性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2008，41(6)：33-39.
[6] 王小平，房玉松.自攻螺釘連接抗剪承載力的有限元建模方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2012，45(1)：75-79.
[7] 盧林楓，張亞平，方文琦，等.冷彎薄壁型鋼自攻螺釘連接抗剪性能試驗(yàn)研究 [J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，44(7)：2997-3004.
[8] 李元齊，潘斯勇.自攻螺釘連接承載力研究現(xiàn)狀[J].結(jié)構(gòu)工程師，2008，24(6)：154−158.
[9] AAMA TIR A9-91 Metal Curtain Wall Fasteners[S].
[10] Aluminum design manual 2010[S].
[11]ISO7049-2011 Crossed recessed pan head tapping screws[S].
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