装配式栓钉剪力连接件抗剪承载力试验研究

为探索装配式栓钉在荷载作用下的力学性能,设计了2个大比例尺的预制装配式栓钉剪力连接件,通过推出试验研究其破坏过程、荷载滑移曲线、抗剪性能和极限承载力。研究结果表明:当栓钉被剪断时,栓钉根部剪断位置处有颈缩现象且局部混凝土剥落,栓钉周边混凝土仅出现细小裂纹,没有明显贯穿式裂纹;由于桥道板板肋处混凝土受传力钢板的约束作用使得板肋处混凝土和钢结构间摩擦力增大,进而提高了装配式栓钉剪力连接件的抗剪承载能力;在考虑滑移沿试件高度不均匀分布系数对结构影响的基础上,推导了在考虑混凝土弹性模量、栓钉弹性模量、栓钉直径、栓钉数量等因素的装配式栓钉剪力连接件单钉极限承载力理论计算公式,且计算结果的安全富余度满足规范要求,与试验结果相比,误差在5%以内,吻合较好。     

PBL连接件抗剪承载力计算研究

分析了国内外不同学者基于推出试验得出的PBL剪力连接件抗剪承载力计算公式,运用这些公式对诸学者各自的有钢翼缘PBL剪力连接件推出试验试件进行了承载力计算。通过对比分析公式计算结果与试验结果,讨论各种不同抗剪承载力计算公式的适用性和准确性。结果表明,Verissimo和Medberry提出的计算式分别适用于孔洞中无贯穿钢筋和有贯穿钢筋的PBL剪力连接件。     

小直径剪力钉抗剪性能试验研究

为研究小直径剪力钉的受力性能及破坏形式，按照某种组合结构的剪力钉内部参数（包括剪力钉间距、钢板厚度）设计并制作3组共6件小尺寸剪力钉进行推出试件试验，从而分析其破坏过程、抗剪承载力、滑移、剪力钉轴向应变等力学行为，并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行对比。结果表明：小直径推出试件破坏模式均为一侧剪力钉根部被剪断；剪力钉下侧混凝土出现细小裂纹；提高剪力钉焊接处钢板厚度会减小极限承载力时的滑移；试件平均单钉抗剪承载力为27.9 kN，欧洲规范计算值与试验值吻合较好。     

带约束构造的栓钉连接件组合板界面抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉开裂的问题,将引起组合梁刚度的降低,承载力下降,成为制约组合结构发展应用的重要原因之一。针对该问题提出一种基于带约束构造栓钉连接件的组合板构造措施,即在组合梁负弯矩区混凝土翼缘板增加附加钢板,附加钢板和钢梁上分别焊接带约束构造的栓钉连接件,两者相互咬合交错布置在混凝土板两侧。通过双界面抗剪性能试验验证在负弯矩区采用附加钢板帮助混凝土受拉的可行性以及该组合板构造措施抑制混凝土板受拉开裂的有效性,并对组合板中带约束构造栓钉连接件的界面抗剪性能进行研究。研究结果表明：带约束构造的栓钉连接件能将裂缝约束在6倍栓钉直径范围内,避免混凝土板纵向贯通劈裂裂缝,充分发挥混凝土受压强度高的优点,且约束构造能有效提高栓钉的抗剪刚度;证明在负弯矩区采用附加钢板替代混凝土板及其内的受拉钢筋受拉切实可行,带约束构造的栓钉连接件能降低纵向抗剪横向钢筋的用量;提出带约束构造栓钉连接件的抗剪刚度计算公式以及能评价不同长径比栓钉的材料利用效率和抗剪效率的剪切刚度比-剪切角理论曲线,建议带约束构造的栓钉连接件弹性抗剪刚度极限值,为此类剪力连接件的工程应用奠定良好的试验和理论基础。     

钢-混组合结构抗剪栓钉的群钉效应研究

栓钉剪力连接件是组合结构中保证组合效应不可或缺的关键部件，在使用过程中总是同时使用多个栓钉连接件。因此，为研究栓钉群钉效应作用时的不均匀系数与抗剪性能，采用Ansys APDL进行参数分析，改变栓钉的间距和钢板厚度，以?22 mm栓钉群钉为研究对象。此外，为研究栓钉群钉的损伤后行为，设置不同间距，分别减小栓钉端部、中部、尾部的有效截面。计算结果表明，由于摩擦力的存在，与单钉相比，只要是多钉的推出试验，都会存在抗剪性能下降的情况，并不全是受群钉效应影响；弹性阶段不均匀剪力演高度呈月牙状，但是随着间距减小，塑性阶段不均匀剪力由月牙状向线形转变，端部的不均匀系数不断降低，尾部的不均匀系数提升，沿高度最大不均匀系数差异接近10%;弹性阶段钢板厚度改变时，不均匀系数仅发生5%变化，塑性阶段约1%,相比于栓钉间距，钢板厚度对不均匀系数的影响有限；栓钉的平均抗剪承载力随栓钉间距变化呈指数关系，栓钉的平均抗剪刚度随间距变化呈线性关系，间距越密集，平均抗剪承载力和平均抗剪刚度越低，拟合公式与计算结果吻合，相关系数均大于0.9;栓钉间距与直径比值大于6.8时，抗剪性能变化已不显著；对于越密集的栓钉群，削弱...     

长期荷载作用下锈蚀栓钉连接件卸载后静力试验研究

通过8个标准连接件的推出试验,研究长期荷载卸载后锈蚀栓钉连接件的静力性能,了解长期荷载与栓钉锈蚀对连接件抗剪承载力、荷载-滑移曲线及变形能力的影响。试验结果表明:推出试验中,栓钉经历了先受压再受拉最后剪断3个受力阶段,栓钉受压处混凝土应变远远高于周边混凝土,随着荷载的增加,连接件刚度处在一个加速退化的状态;腐蚀与荷载存在耦合作用,对于栓钉受拉侧,腐蚀与荷载耦合加速栓钉锈蚀,对于栓钉受压侧,腐蚀与荷载耦合抑制栓钉锈蚀;长期荷载加速初始滑移的发展,但对试件最终滑移量及承载力影响不大,栓钉锈蚀降低试件刚度,加大滑移发展速率,降低极限承载力,对最终滑移量影响显著。最后,通过参数拟合方法建立锈蚀栓钉连接件抗剪承载力及荷载-滑移曲线计算公式,拟合结果表明,计算公式能够较准确地计算锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力、滑移终值及荷载-滑移曲线,可为组合结构锈蚀计算提供参考。     

薄层UHPC中MCL形组合榫连接件力学性能研究

抗剪连接件正常使用阶段的力学性能是影响钢-混组合梁桥结构变形的关键因素。针对薄层超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)及改进螺旋线(Modified Clothoide,MCL)形组合榫连接件组合形式中组合榫连接件力学性能研究不足的问题,研究UHPC对MCL形组合榫连接件抗剪刚度的影响,探索适用于薄层UHPC中MCL形组合榫连接件的抗剪刚度计算方法。设计并开展薄层普通混凝土(Normal Concrete,NC)以及薄层UHPC中的MCL形组合榫连接件推出试验;建立精细化的ABAQUS有限元数值模型,并通过试件试验结果验证所建立的有限元数值模型的适用性和有效性;基于推出试验数据及有限元数值模拟结果,采用组合榫三弹簧刚度模型,推导出薄层UHPC中MCL形组合榫连接件的抗剪刚度计算公式。研究结果表明：1)UHPC试件中的组合榫连接件抗剪刚度较NC试件有大幅提高;2)MCL形钢榫厚度的增加将使组合榫连接件抗剪刚度显著增大;3)提出的抗剪刚度计算公式能够准确计算薄层UHPC中MCL形组合榫连接件的抗剪刚度。研究成果可为带有MCL形组合榫连接件...     

考虑正压作用剪力连接件的受力分析

在探讨剪力键抗剪性能时,对H型钢施加推力是推出试验的主要加载方式,但实际操作时组合结构桥梁中钢梁与混凝土梁通过连接件及横向预应力筋接合,此时传统加载方式已不能模拟现实中结构的真实受力状态。本文通过对试件侧面施加正压力的方式来模拟预加力,并用有限元软件建立实体模型分析结构受力情况。结果表明:正压力的存在有效地提高了栓钉剪力连接件和开孔钢板剪力连接件的极限抗剪承载力和构件延性;栓钉断裂后,钢-混结合面的摩擦系数有所增加;有限元仿真分析能很好地模拟推出试验中考虑摩擦力时试件的真实受力情况。     

钢管混凝土腹杆组合箱梁侧立栓钉连接件的抗剪承载力分析

连接件作为钢-混组合结构的组成部分,是组合结构能否共同受力的重要影响因素。本文建立侧立栓钉连接件有限元数值模型,研究混凝土的强度及栓钉直径、间距、高度等参数对侧立栓钉连接件抗剪承载力的影响,同时结合有关规范提出多参数下侧立栓钉连接件抗剪承载力的建议公式。结合算例试算结果表明,本文的建议公式、规范公式、数值模拟的计算结果吻合较好。     

SFRC栓钉-橡胶连接件力学性能非线性有限元分析

为研究钢纤维混凝土(SFRC)栓钉-橡胶连接件的力学性能,采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元计算,比较分析不同橡胶套高度下SFRC栓钉-橡胶连接件与SFRC普通栓钉连接件抗剪承载力、抗剪刚度等力学性能差异.研究结果表明,采用ABAQUS/standard求解器能较好地模拟SFRC栓钉-橡胶连接件推出试验;采用橡胶...     

PBL剪力连接件荷载-滑移关系试验研究

依据13组45个试件的静载破坏试验,分析了混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度对PBL剪力连接件在不同加载时期的荷载-滑移关系的影响。针对单排剪力连接件和双排剪力连接件,分别提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式。公式呈幂函数形式,其幂常数与混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度有关。     

侧向压力作用下PBL剪力键的抗剪性能

为研究侧向压力对PBL(Perfobond Rib)剪力键受力全过程的影响机理,设计了4组PBL剪力键推出试验,采用螺杆施加侧向压力,进行全过程破坏加载试验,对试件的荷载-滑移曲线和破坏模式进行了分析。研究结果表明:PBL剪力键的抗剪刚度大,承载力高,剪力键延性好,达到极限承载力后剪力键承载能力降低,但不发生脆性破坏;侧向压力增强了混凝土板的整体性,试件破坏模式均为贯通钢筋剪断和底部混凝土压碎;侧向压力增强了PBL剪力键的抗剪承载力,增加幅度与侧向压力成正比;侧向压力以界面摩擦力的方式参与抗剪作用,钢混结合面的摩擦因数在试验全过程中保持稳定,测试值为0.78。     

栓钉在斜拉桥索塔锚固区中的试验研究与非线性分析

金塘大桥索塔锚固区采用钢锚梁-钢牛腿新型结构,是该桥设计的关键技术之一.结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,对比介绍栓钉群国内外研究成果,在此基础上设计与实际结构类似的试件模型,对其进行试验研究和空间有限元仿真计算分析,重点研究栓钉的荷载-滑移量关系、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形态等,并将试验值与不同国家规范给出的极限承载力公式计算值进行比较.基于合理的黏结滑移本构关系,提出如何模拟栓钉连接件滑移效应的详细方法,给出栓钉和混凝土黏结的非线性弹簧单元有限元模型.试验结果表明:栓钉连接件满足新型结构的承载要求,试件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性性能,在破坏前有明显的屈服过程.有限元模型具有良好的精度,与试验结果较为吻合.在承载力方面,群钉试验得到的单钉极限承载力比<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)公式的计算值平均高32%左右.     

PBL剪力键静载力学性能推出试验研究

通过7组21个PBL剪力键(开孔钢板连接件)试件的推出试验,研究PBL剪力键的弹性承载力、极限承载力、滑移量及延性系数等静载力学性能。运用推出试验的非线性有限元仿真分析,研究PBL剪力键的传力和破坏过程。结果表明:PBL剪力键的极限承载力高,延性系数大;按照荷载-滑移曲线及内部应力状态,PBL剪力键的破坏过程可分为线性阶段、弹性阶段及塑性阶段;弹性阶段之前承载力主要由孔洞内混凝土提供,弹性阶段之后承载力主要由贯穿钢筋提供。由于PBL剪力键的力学性能指标尚无明确的定义和标准化的推出试验方法,使得各试验者得到的PBL剪力键承载力回归公式没有普适性。为使PBL键得到更广泛的应用,应尽快规范PBL键推出试验方法。     

钢—混凝土组合梁开孔板连接件抗剪承载力计算研究

为研究开孔板连接件的受力性能,建立其抗剪承载力计算方法。设计制作6个推出试件,完成单调加载试验。试件的变化参数为开孔孔径、板厚和孔洞个数,并研究分析各试验参数对开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移特性、受剪承载力和刚度的影响,以及横向贯通钢筋应变随荷载变化规律。研究结果表明:开孔板连接件具有很好的延性;各个试件的破坏形态大致相同,破坏时钢梁与混凝土板出现明显相对滑移,钢梁上段与混凝土板分离,混凝土板发生劈裂破坏;孔洞直径和孔洞个数是影响开孔板连接件抗剪承载力和刚度的重要因素;通过对试件在受荷初期的荷载-滑移曲线分析,定义开孔板连接件的抗剪刚度。最后,分析对比国内外开孔板连接件抗剪承载力计算公式。基于49个模型试验提出了新的开孔板连接件抗剪承载力的计算公式,该式考虑因素全面,物理意义明确,与试验结果吻合良好。     

2类PBL推出试验破坏机理及承载力影响因素研究

为探明2类PBL推出试验的破坏机理及极限承载力的主要影响因素,基于Abaqus平台运用非线性有限元方法建立2类PBL推出试验的精细有限元模型。计算结果表明:PBL在埋入式试验中的极限承载力与滑移性能均优于标准推出试验,非线性有限元计算结果与试验结果符合较好。2类推出试验的破坏机理及主要构件的破坏形态差异较大,标准推出试验中试件的破坏源于混凝土开裂,而埋入式试验则是由于贯通钢筋被剪断。参数分析表明:在标准推出试验中,PBL极限承载力主要与混凝土强度和开孔板孔径有关;在埋入式试验中,混凝土强度、开孔板孔径和贯通钢筋直径对PBL极限承载力均有较大影响。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段剪力连接件群力学性能研究

为研究钢-混结合段剪力连接件群的力学性能,根据原桥结合段中典型钢格室设计制作剪力钉和PBL剪力键群足尺试验模型,按照应力等效原则对试验模型进行静力及疲劳加载。试验结果表明:在设计荷载作用下,两种剪力键的应力与应变仍为线性关系;由于群钉效应,靠近施荷端前五排的剪力钉群应力水平较高,PBL剪力键和其余部分剪力钉应力水平较低;疲劳验证和破坏试验后PBL剪力连接件应力水平增大但仍处于弹性受力阶段,靠近施荷端(端部)受力较大的剪力钉已进入塑性受力状态,剪力钉群刚度降低,PBL剪力键传递荷载比例有一定增加;该桥结合段剪力连接件设计安全可靠,可为今后结合段连接键群在实际工程的应用提供参考。     

变截面波形钢腹板连续组合箱梁破坏试验研究

研究目的:波形钢腹板组合箱梁在受力特点上因具有显著优势,近年来得以迅速发展并在铁路上已经得到应用。本文依托波形钢腹板连续组合箱梁的模型试验,对波形钢腹板连续组合箱梁全过程试验下的弯剪受力性能和破坏机理进行深入研究,从而明确波形钢腹板连续组合箱梁的破坏机制和失效过程。研究结论:(1)波形钢腹板连续组合箱梁正截面弯曲破坏过程可分为弹性加载阶段、中跨跨中截面开裂阶段、中支座截面开裂阶段和中跨跨中截面钢筋屈服阶段四个阶段;(2)波形钢腹板连续组合箱梁剪力主要由波形钢腹板承担,梁体截面开裂和破坏对梁体的抗剪承载力影响较小;(3)试验梁体外预应力增量与中跨跨中截面挠度基本呈线性相关;(4)本研究成果可为波形钢腹板连续组合箱梁的工程运用提供技术参考。     

栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性影响研究

设计6片钢—混凝土结合梁,从理论分析、试验和数值模拟3个方面,研究栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性的影响.结果表明:在常见的栓钉布置情况下,钢梁与混凝土板的界面存在滑移,二者变形不同步,振型存在明显相位差;随着栓钉连接件抗剪刚度的降低,结合梁整体刚度明显下降,与不考虑界面滑移的结合梁相比,完全连接和部分连接(连接度为60％)结合梁的刚度分别降低39％和48％,相应的1阶竖向自振频率分别降低22％和29％;栓钉连接件的抗剪刚度越小,结合梁的刚度折减越大,但各阶自振频率对应刚度的折减程度不同;少量的栓钉损伤对梁的竖向自振频率影响不明显.由于结构的基频对其冲击系数影响很大,因此在结合梁的动力性能分析及冲击系数计算中,应考虑栓钉连接件刚度的影响.     

钢混组合梁剪力连接件的计算方法研究

研究目的:钢混组合梁的剪力连接件对于钢梁与混凝土桥面板的协同工作起到了关键性的作用,使得钢与混凝土能够充分发挥各自的材料特性。由于公路桥梁规范中没有针对钢混组合梁剪力连接件的计算规定,其他现有规范、论著或国家标准中对钢混组合梁剪力连接件的计算又各有不同,因此有必要对公路钢混组合梁桥剪力连接件的计算方法展开探讨。研究结论:针对多种规范、论著对比分析了栓钉剪力连接件的承载力计算,并得出结论:(1)《钢结构设计规范》与《EC4》计算方法相似,未考虑疲劳、裂缝等,为最低配置数量;(2)《钢桥》(小西一郎)中的计算公式结果较为保守,但能更好的控制栓钉的疲劳、界面滑移等问题,有更好的耐久性;(3)《现代钢桥》(吴冲)与《钢桥》计算公式完全一致;(4)《铁路钢-混凝土结合梁设计规范》参照了《EC4》;(5)《钢-混凝土组合桥梁设计规范》类似《钢规》,分别考虑了栓钉剪断破坏及混凝土压碎破坏的两种情况,并考虑了群钉效应;(6)本研究可对钢混组合梁的剪力件设计提供一定的参考。