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.     

钢-混组合结构连接件受力性能分析

为了分析贯穿钢筋直径大小、钢板开孔大小、混凝土强度等级等因素对PBL剪力键极限承载力的影响。运用大型非线性有限元分析软件MADIS FEA对模型进行理论分析,通过控制变量法研究各因素对PBL剪力键受力性能的影响。在贯穿钢筋直径、钢板开孔大小一致时随着混凝土等级的提升荷载滑移量减少11%;在混凝土等级、贯穿钢筋直径一致时随着钢板开孔增大荷载滑移量减少17%;在混凝土等级、钢板开孔大小一致时随着贯穿钢筋直径的增大荷载滑移量减少16.5%。混凝土强度等级、钢板开孔大小、贯穿钢筋对PBL剪力键的受力性能有重要影响并遵循一定的规律。     

钢-混凝土组合试件长期推出试验与有限元分析

采用推出试验和有限元方法研究了采用不同剪力连接件的钢-混凝土组合试件的界面长期滑移和应变发展过程; 参考Eurocode 4中推出试验标准试件, 设计了2组试件用于长期推出试验; 分别采用栓钉和PBL作为剪力连接件, 采用螺杆施加长期荷载, 测试了长期加载过程中的界面滑移、混凝土应变和钢梁应变; 同步加载测试了150 mm×150 mm×300 mm的混凝土试块的长期变形, 并以此变形计算混凝土徐变系数; 对比了徐变模型对计算结果的影响, 并讨论了不同混凝土徐变模拟方法。研究结果表明: 界面滑移和混凝土应变在加载初期增长较快, 加载120 d后达到稳定状态; 栓钉试件和PBL试件的最大界面滑移分别为0.162和0.068 mm, 最大值均位于界面底部; 栓钉试件和PBL试件的混凝土最大应变分别为7.30×10-5和1.34×10-4, 最大值均位于混凝土板底部; 钢梁应变在整个试验过程中基本保持稳定, 未出现明显的应力重分布, 栓钉试件和PBL试件的钢梁最大应变分别为3.7×10-5和6.5×10-5, 最大值均位于钢梁顶部; 混凝土徐变是影响钢-混凝土组合试件长期性能的主要因素, 不同混凝土徐变模型计算所得混凝土徐变系数与测试值的偏差为60%~140%, 说明混凝土徐变模型对有限元结果影响显著; 采用指数函数拟合混凝土徐变系数测试结果的拟合误差为2.4%, CEB-FIP90模型计算所得混凝土徐变系数在加载后期与测试值的误差为3.71%, 建议无法实测时可采用CEB-FIP90模型计算混凝土徐变系数。      

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.     

循环荷载下钢管混凝土与钢筋黏结的试验研究

为探究循环荷载下配筋钢管混凝土构件黏结锚固性能，对配筋钢管混凝土试件开展了单调加载和循环加载试验.通过单调加载试验，对比分析了黏结力与滑移量之间的响应关系；基于单调加载试验结果，对若干配筋钢管混凝土试件在单轴循环荷载作用下的黏结特性进行了试验研究，考虑包括箍筋配置、黏结长度、钢筋直径、加载次数等因素对黏结性能的影响规律，分析了不同试件黏结力的退化机制及其破坏模式.结果表明：箍筋提高了试件承受循环荷载作用的能力，配筋钢管混凝土试件的黏结力和延性随黏结长度、钢筋直径的增加而增大，配筋钢管混凝土试件中钢筋的黏结力及延性随着前期承受循环荷载的加载次数的增加而降低，配筋钢管混凝土黏结破坏时整个黏结区域相对比较平滑，变形肋印迹不明显.     

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.      

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.     

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.      

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

钢-UHPC桥面板湿接缝负弯矩试验研究

某斜拉桥的次边跨和中跨的桥面板采用8 mm平钢板+15 cm UHPC层+PBL剪力键的新型组合体系.桥面板预制段UHPC依靠阶梯式燕尾榫湿接缝连接.为研究该组合桥面板湿接缝的负弯矩静力性能,制作足尺模型试件进行试验.通过施加荷载,测量各级荷载下桥面板试件的位移、应变,并观测裂缝,获得荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、裂...     

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

铁路连续复合刚构桥墩梁刚性节点的受力分析

连续复合刚构桥墩梁刚性节点受力复杂,本文以工字型钢连续组合梁＋RC桥墩的刚接接头为例,应用大型通用有限元软件MSC.Nastran进行3D-FEM分析,研究了其传力特性,重点探讨了剪力键传力机制.通过对连续复合刚构桥主梁（工字型钢主梁的组合梁）与RC桥墩刚性连接构造细节的3D-FEM分析,探讨了刚性节点的传力机制,重点是剪力键所承担的剪力分布.分析结果表明,墩梁刚性节点采用剪力键连接方式可以有效的传递内力,而且节点的施工性能得到极大改善.研究成果有利于组合刚构桥的设计和应用.     

钢-混凝土组合梁界面纵向剪力重分布

以受均布荷载作用的简支组合梁为对象，研究了栓钉等柔性连接件塑性变形引起的纵向剪力重分布．根据连接件的受力状态，将界面受力全过程划分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段，建立了相应的剪力重分布简化模型，并导出了界面纵向剪力和轴向力的计算公式．研究表明：考虑纵向剪力重分布时，在荷载较小的情况下，轴向力随荷载增大呈线性关系增大；当荷载较大时，轴向力随荷载增大呈非线性关系增大，最后趋于稳定．     

钢-混凝土组合桥面板试验研究与理论分析

为了考察钢-混凝土组合桥面板的整体工作性能，对1块简支钢-混凝土组合桥面板进行了试验，探讨了开孔钢板型剪力连接件的工作性能和混凝土中添加钢纤维的增强作用．在试验结果的基础上，引入混凝土和钢材的本构关系，并考虑钢纤维和贯通钢筋的影响，对试验进行了理论分析．结果表明：界面滑移出现在破坏阶段。说明此种剪力连接件能保证桥面板的整体工作性能。     

新老混凝土结合面抗剪性能试验研究

对6组共18个Z型抗剪试件的新老混凝土结合面进行了全过程抗剪试验，考察了新老混凝土结合面不同处理方法对其抗剪性能的影响．试验结果表明：结合面的不同处理方法对其抗剪性能影响较大，涂刷水泥净浆的效果远好于直接浇筑新混凝土和涂刷商品界面剂，植入抗剪钢筋能显著提高结合面抗剪性能．根据研究结果建议，在实际加固工程中，抗剪钢筋植入深度最好大于钢筋直径的10倍．     

使用超强材料的高恢复混凝土柱的抗震试验研究

最近发生的强震表明，传统的延性结构在超过设计水准强震作用下会产生过大的残余变形而导致结构难以修复. 为保证结构在大变形阶段具有正刚性和较小残余变形，采用低黏结高强度的钢绞线用来代替混凝土柱中的纵向普通钢筋. 为了验证方法的有效性，以钢绞线的布置数量和混凝土的约束方式作为试验变量，对5根缩尺比例为1/3、横截面为250 mm × 250 mm、净高为1 000 mm、剪跨比为2.0和轴压比为0.25的高强混凝土方柱进行拟静力试验. 试验结果表明:低黏高强的钢绞线作为柱纵筋可使混凝土柱的水平承载力在层间位移角达3.5%之前持续保持上升趋势，同时可以有效减少柱的残余变形，并使残余层间位移角控制在相应峰值层间位移角的1/5以下；碳纤维布外包混凝土柱可防止保护层混凝土剥落，进一步减小柱在经历大变形后的残余变形.      

高恢复性钢筋混凝土圆柱的抗震试验研究

为了使钢筋混凝土圆柱在遭遇超过现行规范设定水准的巨大地震时仍能保持正刚性且残余变形足够小，提出了采用高强低粘结的无预应力钢绞线作为柱纵筋的办法. 为了验证这种方法的有效性，进行了4根钢筋混凝土圆柱的常轴压低周水平往复试验，其中3根采用钢绞线纵筋，1根采用普通钢筋作纵筋，研究了剪跨比和塑性铰区横向约束方式对钢绞线混凝土柱抗震性能的影响. 试验结果表明:剪跨比为3和4的配置钢绞线为纵筋的钢筋混凝土圆柱位移角达6%时，仍保持正刚性，且残余位移角在2%以内；和普通钢筋混凝土圆柱相比，当位移角为6%时，钢绞线混凝土圆柱的侧向承载力提高了90%，残余变形降低了73%；在柱的塑性铰区（1.5D，D为截面直径）采用螺栓连接的钢板进行横向约束可将柱的侧向承载力进一步提高15%，残余变形进一步降低21%；由于钢绞线存在明显的粘结-滑移效应，基于平截面假定的分析方法不适用于采用钢绞线的钢筋混凝土柱侧向承载力的评估.