考虑横向预应力效应的钢-混组合梁桥PBL剪力键试验研究

为研究钢-混组合梁桥PBL剪力键的抗剪承载能力及其影响因素,以兰州小砂沟大桥为工程背景,设计3类13组共33个试件,采用推出试验的方法进行试验研究,对比分析了PBL剪力键的破坏形态、破坏机理以及抗剪承载能力的影响因素,提出了考虑横向预应力效应的PBL剪力键抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明:贯穿钢筋直径、钢板开孔孔径以及钢板厚度的增加均能有效提高PBL剪力键的抗剪承载能力;横向预拉应力的存在促进了混凝土的开裂,使得混凝土、钢板及贯穿钢筋的强度和刚度无法得到充分发挥,从而降低了PBL剪力键的承载能力,对单孔抗剪承载能力降低可达10%;横向预压应力的约束作用延缓了混凝土的开裂,使得混凝土、钢板及贯穿钢筋的强度和刚度得到充分发挥,提高了PBL剪力键的承载能力,对单孔抗剪承载能力提高可达20%;考虑横向预应力效应的公式计算结果与试验结果吻合较好.      

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明：钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.     

竹-混凝土组合结构螺钉剪力连接件推出试验研究

为了充分利用环境友好型材料竹材,文中提出了竹材-混凝土组合结构桥面板,即以抗拉强度较高的竹胶板作为受拉区,而以抗压强度较高的混凝土作为受压区,2种材料界面处采用螺钉剪力连接件而形成竹-混凝土组合结构板.为了掌握竹-混凝土组合结构螺钉剪力键的抗剪承载能力等基本力学性能,完成了9组共27个推出试件的推出试验,综合研究了螺钉的直径、钉入角度、顺纹向排列间距对螺钉连接件抗剪承载能力的影响,并对推出试验数据进行了拟合处理分析,提出了该螺钉剪力键的抗剪承载能力、抗剪刚度计算公式,以及螺钉剪力键荷载-滑移曲线的函数表达式,为该类型剪力连接件在竹-混凝土组合结构的实际应用提供必要的前提.     

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

埋入式钢板-混凝土界面抗剪性能试验研究

钢板与混凝土界面抗剪强度和剪力-滑移关系是钢-混凝土组合结构全过程受力分析中的重要依据。在典型剪力键剪力-滑移本构模型的基础上,建立埋入式钢板-混凝土界面抗剪本构模型。通过一组21个试件的抗剪试验,得到了考虑混凝土强度和钢板表面粗糙度的埋入式钢板-混凝土界面抗剪强度和典型黏结滑移曲线,建立了埋入式钢板-混凝土界面抗剪强度计算公式,确定了钢板-混凝土剪力滑移本构方程。研究表明:埋入式钢板-混凝土界面抗剪强度弱于钢管混凝土及型钢混凝土结构。     

预应力PBL剪力键的承载能力试验研究

大跨度波形钢腹板箱梁桥中波形钢腹板与顶板混凝土之间PBL剪力键有其独有的构造、受力及应力环境特点,为了研究这类剪力键的荷载-滑移曲线特征和承载能力,对13组三孔模型共33个试件进行了静载破坏试验,分别通过千斤顶和精扎螺纹钢筋对试件施加横向预拉和压应力,提出了设计承载能力的概念、取值方法、设计承载能力和极限承载能力的拟合计算公式.研究结果表明:当荷载小于设计承载能力时,剪力键处于弹性工作阶段,且滑移量不超过规定的限值;荷载-滑移曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和屈服阶段,部分存在强化阶段;以集中荷载方式加载时,按3个孔所承担荷载平均值得出的承载能力明显偏小;横向预拉应力对设计承载能力和极限承载能力的降低值分别为0.020、0.043 k N,横向预压应力使剪力键的承载能力提高并起有利作用,预应力对承载能力的影响可单独考虑.     

新型翼缘型开孔折板剪力键抗剪性能试验

在传统Twin-PBL键和翼缘型开孔波折板抗剪连接件基础上研究一种新型抗剪连接件-新型翼缘型开孔折板剪力键,对8组共24个剪力键做抗剪承载力推出试验,研究折板间距对承载力影响,并将新型翼缘型开孔折板剪力键与相应Twin-PBL对比。结果表明:折板间距对承载力影响较大,间距20 cm的剪力键承载力最大,比相应间距25 cm的增加8.76%,比相应间距30 cm的增加11.24%;新型折板剪力键抗剪切性能明显高于相应结构尺寸的直板剪力键,最高增加92.1%。说明该新型翼缘型开孔折板剪力键具有承载力高、抗疲劳性能好、加工制作方便、不易发生突然破坏、安全性能好等特点。     

拱桥加固中新老混凝土结合面的受力性能

结合工程实例,制作了2个拱圈试件,通过一次性加载破坏试验,对试件的破坏特征、新老混凝土结合面的工作性能及应力、应变分布进行了研究.试验结果表明:受荷初期,结合面的抗剪主要由无植筋时新老混凝土的粘结承担;当剪应力达到新老混凝土粘结抗剪强度后,主要由植筋承担.在裂缝附近区域、靠近裂缝和远离裂缝的非裂缝区域,结合面的粘结剪应力分布不同,主要区别在纵向钢筋开始屈服到试件破坏阶段.在此阶段,裂缝附近区域结合面的粘结剪应力随荷载增大线性减小,在靠近裂缝的非裂缝区域基本不变,而在远离裂缝的非裂缝区域线性增大,直至试件破坏.粘结剪应力最大值出现在拱顶裂缝附近.     

PBL剪力键试验研究及有限元分析

针对PBL剪力键力学行为,设计制作了2组6个PBL试件进行实验研究.结合国内外的经验和有限元分析,研究PBL剪力键荷载-滑移曲线、弹性阶段力学性能、传力机理及最终破坏方式.为组合结构PBL剪力键的设计提供参考.     

立转式开启桥桥面铺装力学性能研究

利用带有环境箱的直剪试验装置,测试并研究了不同温度下的复合试件层间抗剪切性能,绘制试件在受剪过程中的剪应力与位移曲线,根据曲线计算分析层间抗剪强度以及层间剪切模量,利用抗剪强度与层间剪切模量评价不同温度工况下的复合试件层间力学性能。借助有限单元法建立开启桥数值分析模型,计算不同模量下开启桥层间剪应力,定义危险系数,综合分析层间力学性能。研究表明:温度越高层间剪切模量越低,抗剪强度越小,层间危险系数越高,建议高温天气减小开启速度。变速开启状态下层间最大剪应力均大于匀速开启状态下层间最大剪应力,建议在设计阶段采用变速开启方案模拟研究开启桥铺装层层间力学性能。     

冻融循环作用对路基粉质粘土抗剪强度的影响分析

土的抗剪强度是反映土体对外界荷载产生的剪应力的极限抵抗能力的力学指标,分析土质边坡的稳定性关键是研究土体内部薄弱界面的抗剪强度。以湖南地区某路基工程为背景,主要研究了不同含水率的粉质粘土在不同冻融循环次数下的抗剪性能,得出冻融循环次数对土体抗剪性能的削弱规律。     

PBL加劲肋方钢管混凝土界面传力性能的有限元分析

为探讨PBL加劲肋的方矩形钢混凝土界面抗剪粘结滑移的力学性能,研究PBL加劲肋对界面传力性能的影响以及PBL构件界面的传力规律。采用有限元分析软件ABAQUS对比了构件分别通过粘结作用和PBL键在剪力传递长度内应力的变化规律和传递效率。结果表明:PBL键在界面传力方面承担主要角色,在剪力传递长度内自然粘结作用和PBL的传力模式相同,界面应力的变化并不均匀,自然粘结作用的传力效率远小于PBL键。     

基于冻融界面对路基土体抗剪强度的影响研究

土的抗剪强度是反映土体对外界荷载产生的剪应力的极限抵抗能力的力学指标,以湖南地区某路基工程为背景,主要研究了不同冻融循环次数以及不同含水量条件下,土体冻融界面处的抗剪强度,得出冻融界面强度随影响因素的损伤程度,为地区性路基施工边坡失稳计算提供参考依据。     

桥梁节段干接缝面应力状态研究

键齿接缝是节段预制拼装桥梁的关键构造,也是其薄弱环节。各国学者对键齿接缝的抗剪承载力进行了大量试验和理论研究,对接缝面破坏形式和承载力规律有了比较成熟的认识。学者们在研究接缝抗剪承载力公式时,都对接缝面的应力状态做了简化分析,缺少详细论证。文章重点研究干接缝面的竖向应力σ_y和剪应力τ的非均匀分布特征,σ_y的平均值计算方法,及其与τ平均值的关系,为后续进行接缝面抗剪承载力公式的推导奠定基础。     

栓钉锈蚀与抗剪承载力试验研究

栓钉剪力连接件是保证钢梁与混凝土翼缘共同工作的关键元件,栓钉锈蚀后将直接影响组合梁的抗剪连接程度,进而影响梁的承载能力.文中将通过推出试验,研究栓钉锈蚀对其承载力的影响规律.通过对试验结果的回归分析,研究栓钉锈蚀后的抗剪承载力的计算公式.     

全装配式钢-混凝土组合构件抗剪性能试验研究

为探索全装配式剪力钉(PCSS)的力学性能,设计了大比例PCSS剪力连接构件并进行推出试验。试验结果表明:大比例PCSS剪力连接件分3阶段受力,①弹性阶段:当0P≤0.5Pu时,PCSS剪力钉荷载-滑移曲线斜率保持不变,滑移按直线变化,表明构件处于弹性阶段受力,抗剪刚度保持不变;②弹塑性阶段:当0.5PuP≤0.8Pu时,PCSS剪力钉荷载-滑移曲线斜率不断减小,表明构件处于弹塑性阶段受力,抗剪刚度减小;③破坏阶段:当P0.8Pu时,曲线变化平缓,构件在荷载作用下界面上产生了较大的滑移,加速构件破坏,直到栓钉剪断,试验停止。当大、小构件进行力学性能比较时,小构件的受力性能较大构件好,但是实际情况中PCSS剪力连接件多表现为大比例构件形式,大构件考虑尺寸效应和群钉效应影响因素更能模拟出栓钉的实际受力状态。并依据现有剪力钉计算方法,推荐了PCSS剪力钉的适用极限承载力计算公式。     

钢管复合桩承载特性模型试验研究

为研究钢管复合桩的承载性能,进行了剪力环、泥皮和防腐涂层共同作用下的钢管复合桩和钢筋混凝土桩室内模型试验,对比分析了试件的荷载-变形曲线、钢管变形等参数,并采用分解分析法对钢管复合桩的套箍效应进行了分析.试验及计算结果表明,钢管复合桩承载性能较钢筋混凝土桩显著提高,套箍效应使得钢管复合桩承载力较空钢管和钢筋混凝土桩承载之和提高9.8%,混凝土抗剪强度提高了1.2倍;钢管对核心混凝土产生的紧箍作用沿界面长度增大,且随荷载的增加而增大;在防腐涂层、泥皮和剪力环(间距90 cm)共同作用下,钢管套箍效应带来的混凝土紧箍力最大值可达2.32 MPa;规范ACI (2005)适合于泥皮、防腐涂层和剪力环共同作用时钢管复合桩极限承载力的计算.      

寒区公路土质边坡冻融界面的抗剪强度试验

季节冻土地区公路土质边坡在春季融化期经常发生浅层滑坡,对公路运输造成了严重的潜在威胁。冻融界面处的土体抗剪强度是发生滑坡的直接影响因素,采用不同的材料配比设计冻融界面的抗剪强度模型试验,该试验针对不同的土体含水量以及冻融循环次数进行剪应力测试,通过试验获得界面抗剪强度与冻融循环次数间的关系,基于数据得到冻融界面土体抗剪强度的损伤模型。考虑到正融土质边坡发生失稳破坏时其抗剪强度与土体内部的受力条件及边坡的几何尺寸有关,因此通过试验得到土体剪切强度后,可为评价季节冰冻区边坡稳定性提供直接数据参考,也可为季节冰冻区土质边坡的设计以及稳定性分析提供借鉴。     

空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.      

槽和黏层油对沥青混合料层间抗剪性能的影响

为确定沥青路面面层界面两侧材料组合(A)、界面压槽(B)、黏层油(C)及其交互作用(AB,AC,BC)对层间抗剪性能影响的主次顺序和显著性,根据正交试验方法设计试验方案,进行试验研究.采用击实法制备了3种类型的复合式马歇尔试件,试件的下层为AC-20,上层分别为AC-13、AC-20、OGFC-13. 3种类型试件的界面情况分别为无槽无黏层油、无槽有黏层油、有槽无黏层油和有槽有黏层油.利用自制的沥青混合料层间剪切仪对试件进行了常温下(25℃)的直接剪切试验.结果表明:相比于界面无任何措施的层间抗剪强度,黏层油,槽以及二者的联合3种工艺对界面名义抗剪强度的平均增加率分别为23.8%、42.9%及53.9%; 3个因素及其交互作用对界面抗剪性能影响的主次顺序为:A、B、C、BC、AC、AB;其显著性为:A、B、C及因素B、C的交互作用BC对层间抗剪强度的影响为高度显著因素,交互作用AB与AC为次要因素.