用于测试自攻螺钉抗拔连接性能的实验装置及其实施方式的制作方法

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种测试冷成型钢龙骨与建筑板材间的自攻螺钉连接件的抗拔性能实验装置及其实施方式。

背景技术：

钢结构的应用非常广泛。与传统钢筋混凝土结构相比，钢结构具有材质均匀、性能好、强度和强质比高、延性好、抗震能力强等特点。随着国民经济的飞速发展，我国钢产量早已位居世界首位，远超其他国家，国内钢结构产业也得到快速发展。但与发达国家相比，我国钢结构建筑占钢产量的比重仍明显偏低，同时，我国建筑结构在节能降耗可循环利用、工业化生产、大企业集团运营，产品标准化、系列化、通用化等方面仍存在明显差距。我国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，年项目建设工程量庞大，资源消耗严重，环境恶化压力巨大，发展绿色建筑已被列为国家中长期科学和技术发展规划纲要中重点领域中的优先主题，因此，大力发展绿色环保、抗震性能优异的钢结构建筑符合我国基本国情，对节约资源和能源，减少环境污染，促进社会可持续发展具有重要意义，同时也是在国家提出“建筑工业化”背景下，加快我国建筑产业化、工业化的一条有效途径。

钢龙骨在钢结构建筑中具有非常重要的用途，如在冷弯薄壁型钢结构中，钢龙骨作为竖向承重构件使用。钢龙骨时常与其他材料配合使用、协同工作，以达到取长补短的效果。例如因为钢材在高温下极易软化丧失刚度，所以钢结构普遍存在防火的问题，而在龙骨侧翼设置防火石膏板作为墙板的一部分，可以大大增强整体结构耐火性能，达到设计要求。然而，其他材料，尤其是板材与钢龙骨侧翼连接时，连接件的选用和受力性能尚待研究。建筑板材容易因为侧向受力、局部失稳导致垂直于建筑板材平面方向的变形，这时钢龙骨和建筑板材两者之间的连接件的抗拉性能就将受到考验。因此，设计一种可以实现冷成型钢龙骨与建筑板材间的连接件的抗拔性能测试的实验装置可以为研究这方面的受力性能提供很大的帮助。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术没有专门用于测试冷成型钢龙骨与建筑板材的自攻螺钉连接件抗拔性能的实验装置的问题，提出一种用于测试自攻螺钉抗拔连接性能的实验装置及其实施方式。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

用于测试自攻螺钉抗拔连接性能的实验装置，包括上部连接部件和下部连接部件，所述上部连接部件包括圆柱体销形连接块一(1)和方形钢端板(2)，所述圆柱体销形连接块一(1)的外圆周面上开设有通孔一(11)，且所述圆柱体销形连接块一(1)竖直固定在方形钢端板(2)中部，所述方形钢端板(2)上开设有螺栓孔一，所述螺栓孔一围绕圆柱体销形连接块一(1)均匀分布；

所述下部连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)均开设有螺栓孔二，通过螺栓二将正方形上平板(3)和正方形下平板(4)连接，所述正方形下平板(4)上远离正方形上平板(3)的一侧安装有圆柱体销形连接块二(5)，且所述圆柱体销形连接块二(5)竖直固定在正方形下平板(4)的中部，所述圆柱体销形连接块二(5)的外圆周面上开设有通孔二，所述正方形上平板(3)中部开设有正方形开口(7)，所述正方形下平板(4)上开设有长方形开口(8)，所述长方形开口(8)位于圆柱体销形连接块二(5)的左右两侧。

进一步的，所述通孔一(11)和通孔二的尺寸相同。

进一步的，所述螺栓孔一有4～6个，且所述螺栓孔一的直径是螺栓孔二的直径的2～3倍。

进一步的，所述正方形上平板(3)与正方形下平板(4)的平面尺寸相同。

进一步的，所述正方形上平板(3)上开设的螺栓孔二为8～16个，所述螺栓孔二沿正方形上平板(3)的四条边均匀排布。

进一步的，所述正方形下平板(4)上螺栓孔二与所述正方形上平板(3)上螺栓孔二的数目和尺寸相同，且正方形上平板(3)上的螺栓孔二与正方形下平板(4)上的螺栓孔二相互对称。

进一步的，所述长方形开口(8)为两个，且所述长方形开口(8)在圆柱体销形连接块二(5)左右两侧对称分布。

进一步的，所述长方形开口(8)远离圆柱体销形连接块二(5)的长边与正方形开口(7)的边对齐，且所述长方形开口(8)的短边与正方形开口(7)的边对齐。

一种用于测试自攻螺钉抗拔连接性能的实验装置的实施方式：所述正方形上平板(3)和正方形下平板(4)之间夹持建筑板材试件(10)，通过螺栓二将所述正方形上平板(3)和正方形下平板(4)连接，建筑板材试件(10)的中心与正方形上平板(3)和正方形下平板(4)的形心在同一竖直线上；

将两个冷成型钢龙骨的腹板进行固定连接形成冷成型钢龙骨试件(9)，且两个冷成型钢龙骨两侧翼缘的外表面处于同一平面，选择两个冷成型钢龙骨的同一侧侧翼开设螺栓孔一，通过螺栓一将冷成型钢龙骨试件(9)固定在方形钢端板(2)上，冷成型钢龙骨试件(9)位于圆柱体销形连接块一(1)的对立面，且冷成型钢龙骨试件(9)的中心与方形钢端板(2)的形心在同一竖直线上；

从长方形开口(8)打入自攻螺钉(6)将建筑板材试件(10)和冷成型钢龙骨试件(9)连接，且建筑板材试件(10)和冷成型钢龙骨试件(9)的形心在同一条竖直线上；

圆柱体销形连接块一(1)通过通孔一(11)连接万能试验机，且圆柱体销形连接块二(5)通过通孔二连接万能试验机。

本发明的有益效果为：

本发明可以实现冷成型钢龙骨与建筑板材间的自攻螺钉连接件的抗拔性能的实验测试，并提供了基本的实验装置，该实验装置可以模拟冷成型钢龙骨与建筑板材间的自攻螺钉连接件在实际工况下受到的拉力情况，以此填补了研究冷成型钢龙骨与建筑板材间的自攻螺钉连接件的抗拔性能试验的空白，提高了类似的各种力学试验的便捷性，为探究其他形式的连接件提供了思路，也为后续力学实验研究和规范设计提供更切实的技术保障。

附图说明

图1是本发明上部连接部件的示意图；

图2是本发明下部连接部件的示意图；

图3是本发明整体实验装置俯视示意图；

图4是本发明正方形上平板的立体示意图；

图5是本发明正方形下平板的立体示意图；

图6是本发明整体实验装置立体示意图。

附图标记说明

1-圆柱体销形连接块一、2-方形钢端板、3-正方形上平板、4-正方形下平板、5-圆柱体销形连接块二、6-自攻螺钉、7-正方形开口、8-长方形开口、9-冷成型钢龙骨试件、10-建筑板材试件、11-通孔一。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

用于测试自攻螺钉抗拔连接性能的实验装置，包括上部连接部件和下部连接部件。上部连接部件包括圆柱体销形连接块一1和方形钢端板2，圆柱体销形连接块一1的外圆周面上开设有通孔一11，圆柱体销形连接块一1竖直固定在方形钢端板2中部，且圆柱体销形连接块一1的形心与方形钢端板2的形心在同一竖直线上。方形钢端板2上开设有4个六角的螺栓孔一，螺栓孔一围绕圆柱体销形连接块一1均匀对称分布，且4个螺栓孔一均位于方形钢端板2的对角线上。

下部连接部件包括正方形上平板3、正方形下平板4和圆柱体销形连接块二5。圆柱体销形连接块二5的外圆周面上开设有通孔二，圆柱体销形连接块二5竖直固定在正方形下平板4上，且圆柱体销形连接块二5的形心与正方形下平板4的形心在同一竖直线上。

正方形上平板3中部开设有正方形开口7，正方形上平板3的四边与正方形开口7的四边对应平行，正方形开口7的尺寸大于后续所使用的冷成型钢龙骨试件9的尺寸。正方形上平板3上开设有12个六角的螺栓孔二，螺栓孔二沿正方形上平板3的四条边等间距均匀排布。螺栓孔一的直径是螺栓孔二的直径的2～3倍。

正方形下平板4中部开设有两个长方形开口8，长方形开口8在圆柱体销形连接块二5左右两侧对称分布。长方形开口8的一侧长边靠近圆柱体销形连接块二5，长方形开口8远离圆柱体销形连接块二5的另一侧长边与正方形开口7的边对齐，且长方形开口8的短边也与正方形开口7的边对齐。正方形下平板4开设有六角的螺栓孔二，正方形下平板4上螺栓孔二与正方形上平板3上螺栓孔二的数目和尺寸相同，且正方形上平板3上的螺栓孔二与正方形下平板4上的螺栓孔二相互对称。

正方形上平板3与正方形下平板4的平面尺寸相同，且正方形上平板3通过螺栓二安装在正方形下平板4上圆柱体销形连接块二5的对立面。

圆柱体销形连接块一1和圆柱体销形连接块二5为适合于万能试验机连接的连接块，则通孔一11和通孔二的尺寸相同，且通孔一11和通孔二在实验时相对于方形钢端板2的位置相同。通孔一11和通孔二能够满足插销插入并与万能机形成单方向铰接，或使万能试验机能够直接夹持圆柱体接头。

方形钢端板2和正方形上平板3可以通过螺栓给予冷成型钢龙骨试件9拉力，且方形钢端板2和正方形上平板3相互错开保证了冷成型钢龙骨试件9和建筑板材试件10的连接空间。方形钢端板2与冷成型钢龙骨试件9的连接通过给冷成型钢龙骨试件9开孔，并运用螺栓紧固的方式完成，解决了依靠手工的电钻打孔时的精确度问题。

本发明还提供了一种用于测试自攻螺钉抗拔连接性能的实验装置的实施方式，具体包括以下两种方式：

(1)拼装完整的试件直接接入实验装置

运用螺栓将两个冷成型钢龙骨的腹板进行连接形成冷成型钢龙骨试件9，并确保两个冷成型钢龙骨两侧翼缘的外表面处于同一平面。选择两个冷成型钢龙骨的同一侧侧翼开设螺栓孔一，用于连接方形钢端板2。将冷成型钢龙骨试件9放置在建筑板材试件10上，未开设螺栓孔一的侧翼与建筑板材试件10相接，且冷成型钢龙骨试件9的中心和建筑板材试件10的中心在同一条竖直线上。运用自攻螺钉透过长方形口8将建筑板材试件10和冷成型钢龙骨试件9进行连接，形成完整的试件。两个长方形口8中打入的自攻螺钉数目一样，且两个长方形口8中打入的自攻螺钉相互对称。。

步骤一：将本发明实验装置的正方形上平板3和正方形下平板4的螺栓二全部取下并拆开正方形上平板3和正方形下平板4。

步骤二：将建筑板材试件10放置在正方形下平板4未固定有圆柱体销形连接块二5的一侧上，且步骤一完整试件的两个冷成型钢龙骨未开设螺栓孔的侧翼平面分别对应两个长方形口8。再在完整试件上套入正方形上平板3，正方形上平板3穿过冷成型钢龙骨试件9覆盖在建筑板材试件10上，并且正方形上平板3上的螺栓孔二与正方形下平板4上的螺栓孔二对齐。

步骤三：将正方形上平板3和正方形下平板4的连接螺栓二装上，预先拧数圈稍微压紧使完整试件不致于掉落。

步骤四：在冷成型钢龙骨试件9的开设螺栓孔一的侧翼上放置方形钢端板2，侧翼的螺栓孔一与方形钢端板2的螺栓孔一相互对齐，对齐后运用螺栓一进行拧紧。重新对齐所有部件的形心后再拧紧螺栓二。

步骤五：通过圆柱体销形连接块一1和圆柱体销形连接块二5连接万能试验机进行相应试验。

(2)试件未拼装完整，在实验装置中进行拼装连接

步骤一：取下正方形上平板3和正方形下平板4四边中任意一条边上的螺栓二，从取下螺栓二的一边向正方形上平板3和正方形下平板4之间插入建筑板材试件10，该建筑板材试件10的中心与正方形上平板3和正方形下平板4的形心在同一竖直线上。再将取下的螺栓二装上，预先拧紧数圈使建筑板材试件10不致掉落。此时建筑板材试件10通过螺栓二与正方形上平板3、正方形下平板4形成一个整体。

步骤二：将两个实验用冷成型钢龙骨的腹板运用打孔-螺栓紧固等方式进行连接形成冷成型钢龙骨试件9，且确保两个冷成型钢龙骨的两侧翼缘表面处于同一平面。

步骤三：将步骤二冷成型钢龙骨试件9的侧翼平面通过正方形上平板3的正方形口7与建筑板材试件10相接，两个冷成型钢龙骨的侧翼平面分别对应两个长方形口8。且冷成型钢龙骨试件9的中心与步骤一整体装置的形心在同一竖直线上。从正方形下平板4的长方形口8打入自动螺钉，自攻螺钉依次穿过建筑板材试件10和冷成型钢龙骨试件9。两个长方形口8打入的自攻螺钉数目一样，且自攻螺钉相互对称。

步骤四：在步骤三冷成型钢龙骨试件9未连接建筑板材试件10的另一侧侧翼平面上开设六角的螺栓孔一，开设的螺栓孔一用于连接方形钢端板2。侧翼平面的螺栓孔一的尺寸与方形钢端板2上的螺栓孔一的尺寸相同，且侧翼平面的螺栓孔一的位置对应方形钢端板2上的螺栓孔一的位置。将上部连接部件通过螺栓一安装在冷成型钢龙骨试件9上，固定有圆柱体销形连接块一1的面不与冷成型钢龙骨试件9接触。必要时可以使用垫片以保证传力稳定。上部连接部件的形心、冷成型钢龙骨试件9的中心和步骤一的整体装置的形心均在同一竖直线上。确认各部件相对位置正确后，拧紧螺栓二。

步骤五：将整个实验装置通过圆柱体销形连接块一1和圆柱体销形连接块二5以插销的形式安装于万能试验机上，形成两端铰接的拉伸情况，进行相应实验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。