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.     

基于桁梁实桥试验的钢管混凝土界面传力机制

为分析钢管混凝土桁梁桥的承载性能和钢-混凝土组合作用机理,进行了桁梁上、下弦钢管混凝土界面传力行为实桥试验和全桥板壳-实体有限元参数分析;以主跨71 m的简支半穿式钢桁梁桥为依托,沿其上、下弦杆节间长度范围内共布设102个应变测点,测试并分析了加载车作用下钢管轴向应变分布和钢-混凝土界面传力特征;采用ABAQUS软件建立了试验桥板壳-实体有限元模型,经实测挠度与应变数据验证模型的可靠性后,进行了界面连接状态、界面抗剪刚度、钢管厚度、管内混凝土强度等对钢管混凝土界面传力性能的参数影响分析。分析结果表明:钢管轴向应变分布规律可反映钢管混凝土界面传力的基本特征;钢管混凝土桁架上、下弦杆节点区域均出现界面剪力不均匀分布现象,钢-混凝土界面有效传力范围内钢管轴向应变呈负指数函数分布,其他区域钢管轴向应变保持不变;完全脱黏的钢管混凝土桁架弦杆的钢管轴向应变在节点一定范围内呈二次抛物线函数分布;钢管轴向应变因界面连接状态所表现出的不同应变分布规律和剪力传递长度可用于评价钢管混凝土组合作用强弱和界面工作状态;桁架弦杆的剪力传递长度随钢管厚度和管内混凝土强度的增加而增大,钢管厚度的影响更显著;在钢管混凝土桁架弦杆内设置抗剪连接件可缩短剪力传递长度。      

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。     

HB-FRP加固混凝土梁研究综述

为总结混合粘贴纤维复合材料(HB-FRP)加固方法的研究成果, 推动其在混凝土梁维修加固领域的更广泛应用, 调研了HB-FRP加固法的研究现状, 揭示了外贴HB-FRP在外荷载和环境侵蚀下容易发生剥离的问题; 阐述了HB-FRP抑制FRP加固后剥离的工作机理, 分析了HB-FRP加固体系的构造特征及其对界面黏结力的影响; 总结了已有黏结-滑移模型和剥离荷载模型, 研究了加固梁的抗弯和抗剪性能; 分析了当前工作的不足, 并展望了下一步的研究方向和思路。分析结果表明: 外荷载和环境侵蚀均可能引起FRP剥离, HB-FRP加固同时发挥了化学黏结、摩擦和销栓作用, 有效地抑制了FRP剥离; 目前几种HB-FRP黏结-滑移关系的主要区别为达到界面黏结强度时FRP是否会发生稳定的滑移; 黏结界面极限剥离荷载取决于其黏结-滑移关系; HB-FRP加固可用于正截面抗弯和斜截面抗剪, 加固梁承载力和加固效率可得到大幅提高; 增加FRP配置率和钢扣件数量能有效提高加固梁的抗弯能力, 钢扣件间距对加固梁承载力的影响和加固设计准则还不明确, 裂缝和外荷载对加固梁的剥离荷载、材料利用率和破坏模式影响显著; 加固梁抗剪强度的增加主要来自FRP和混凝土提供的剪力, 而箍筋的影响较弱; 增加FRP加固量和减小条带间距能显著提高加固梁的抗剪承载力; 后续应继续研究HB-FRP加固设计理论, 提出考虑材料与构造特征的黏结特性计算模型和基于界面剪力的HB-FRP钢扣件间距设计方法, 进而建立HB-FRP加固混凝土梁的优化抗弯、抗剪设计方法和设计公式。      

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.      

钢管复合桩粘结-滑移性能研究

为研究内置剪力环、泥皮和防腐涂层的钢管复合桩的粘结-滑移性能,假定钢管复合桩粘结应力沿界面呈指数变化规律,提出了一种新的钢管复合桩粘结-滑移本构理论分析模型.依托港珠澳大桥建设,开展了5组钢管复合桩推出试验(其中2组试件设有剪力环),验证了本文模型的正确性.试验结果表明:在外荷载作用下,钢管与混凝土粘结滑移和钢管应力理论计算结果与实验结果基本吻合;粘结破坏时钢管于核心混凝土相对滑移量均小于0.2 mm,泥皮和防腐涂层降低了钢管与核心混凝土之间的粘结;在剪力环间距为1D(D为桩径)的条件下,剪力环使钢管复合桩的粘结强度提高约50%,泥皮和防腐涂层对钢管复合桩的弱化效应可不计.钢管复合桩粘结应力沿界面基本呈指数规律变化.     

钢-混凝土组合梁温度效应的解析解

针对考虑和不考虑界面滑移2种情况,在任意温度分布作用下,推导了钢-混凝土组合梁界面剪力、相对滑移和温度应力理论计算公式,采用有限元模拟对考虑界面滑移的公式进行了验证,并在钢-混凝土温差模式(模式1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)温差模式(模式2)和英国规范BS5400温差模式(模式3)下,对比了温度效应的计算结果。分析结果表明:采用考虑界面滑移的剪力理论公式计算出的组合梁界面剪力分布与有限元计算结果规律一致,3种模式下剪力最大偏差分别为1.15%、2.65%和3.41%;组合梁界面剪力服从双曲余弦函数分布,界面滑移服从双曲正弦函数分布;不考虑滑移与考虑滑移计算得到的界面最大剪力基本相等,最大偏差仅为1.22%;组合梁跨中温度应力计算值的最大偏差小于1%,但组合梁端部温度应力计算值偏差较大,模式3温差为20℃时,考虑滑移时的混凝土底部温度拉应力为不考虑滑移时的1.9倍;组合梁的界面温度效应与温差成线性关系,斜率与温度分布模式有关,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移的变化速率最大,分别为9.138kN·℃-1、0.067MPa·℃-1和5.263×10-3 mm·℃-1;温差为30℃时,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移变化速率均为模式3的3倍以上,因此,不考虑钢梁温度梯度会使组合梁界面剪力、相对滑移与温度应力计算结果产生偏差,且偏差会随温差的增大而增大。     

部分抗剪连接钢-混凝土组合梁抗弯极限承载力的实用计算方法

在承载力和变形许可的条件下,钢-混凝土组合梁采用部分抗剪连接可以方便施工、降低造价.由于没有考虑界面纵向滑移及竖向掀起效应的影响,钢结构设计规范中,部分抗剪连接组合梁抗弯强度的计算值在某些情况下将偏于不安全.通过对规范中部分抗剪连接和完全抗剪连接组合梁抗弯强度计算的对比分析,并结合国内4根部分抗剪连接组合梁的试验研究结果,建立了考虑界面纵向滑移及竖向掀起影响的部分抗剪连接组合梁受弯极限承载力的计算方法.计算结果表明,按照该方法得到的计算值与实测值吻合良好.     

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。     

集中荷载作用下部分预应力混凝土箱形截面约束梁抗剪强度试验研究

本文应用变角桁架模型和软化斜压力场理论,对所做的12片部分预应力混凝土箱形截面约束梁在弯矩-剪力作用下的抗剪强度进行了分析。着重研究了抗剪强度随剪跨比、预应力值和配箍率变化的规律。并引入了随剪跨比变化的系数K以反映集中荷载作用下的竖向压应力Δσ,对抗剪强度的影响。理论分析和试验结果进行了比较,符合程度较好。     

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。      

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.     

混合梁斜拉桥结合段剪力钉受力机理研究

探讨了混合结构钢一混凝土界面的模拟以及剪力钉受力的计算方法.用接触来模拟钢一混凝土界面.利用罚函数法模拟钢与混凝土的脱开、滑移及摩擦等,采用梁单元模拟剪力钉,并对剪力钉进行分段建模.以剪力钉推出试验结果为依据.通过大型有限元软件,对舟山桃天门大桥钢-混凝土结合段进行分析,得出其底板、腹板和顶板的滑移量分布情况,以及滑移量随荷载的变化规律.     

具有粗砂层的FRP板与混凝土粘结性能试验研究

纤维增强复合材料板与混凝土的有效粘结是保证FRP-混凝土组合结构正常工作的基础.采用FRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法研究FRP板与混凝土的粘结性能,为增强粘结效果,对FRP板表面采取了粘结粗砂的措施,试验同时考虑粘砂长度对粘结性能的影响.试验结果表明:(1)粘结破坏为典型的脆性破坏;(2)平均粘结强度与粘砂长度近似成反比;(3)粘结粗砂法可作为FRP-混凝土组合结构中有效的组合界面连接措施.提出的抗剪设计方法可用于FRP-混凝土组合结构中组合界面抗剪设计.     

筋材结构对其加筋土强度特性的影响研究

用大三轴试验研究了三种构造形式筋材 (条带式、双向垂直条带式、网 )的加筋土的抗剪强度参数 ,分析了筋材构造对其土体强度特性影响的机理 ,建议了用双曲线模型作为复合加筋土的本构模型 ,并得出了三种筋材的加筋土的本构模型参数     

后张预应力预制混凝土框架中节点的数值模拟

为了解决有限元研究中预制混凝土框架节点处新旧混凝土叠合层界面黏结与穿过叠合层钢筋难以模拟的问题，讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新旧混凝土叠合层黏结性能的不同方法，引入叠合层的黏结滑移本构和钢筋的剪切-滑移模型相结合的本构关系，建立后张预应力预制混凝土框架中节点非线性有限元分析模型，计算结果与足尺模型的试验结果吻合较好，并在此基础上重点开展了轴压比、混凝土强度、预应力筋有效应力及筋黏结构造（全黏结、部分黏结和无黏结）等有限元参数分析. 分析结果表明:轴压比由0.2增加到0.4时，承载力提高了11%，由0.4增加到0.6时，承载力增加不明显；提高混凝土强度、增加有效预应力可显著提高承载力；预应力筋黏结构造对节点承载力影响不显著，增加无黏结长度，可一定程度延缓节点的屈服.      

筋材结构对其加筋土强度特性的影响研究

用大三轴试验研究了三种构造形式筋材（条带式，双向垂直条带式，网）的加筋土的抗剪强度参数，分析了筋材构造对其土体强度特性影响的机理，建议了用双曲线模型作为复合加筋土的本构模型，并得出了三种筋材的加筋土的本构模型参数。     

集料剪切性能的数值模拟分析

使用微观结构的离散单元模型对集料直剪试验进行数值模拟,以预测集料颗粒的抗剪强度和影响因素．模型用法向和切向刚度等来描述颗粒及接触的本构关系,可通过各参数的调整进行颗粒抗剪强度分析．计算结果表明,微观力学方法评价集料的抗剪强度有较大的分析潜力．     

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。