斜拉桥锚固区栓钉剪力键力学特性研究

针对栓钉剪力键用于斜拉桥索塔锚固区连接部位时的应力应变特性,以中部横梁均匀加载为思路,建立局部试验模型,以栓钉剪力键的极限承载力为依据,设计加载方案,通过试验获取栓钉的应变随荷载变化的基本特征,并分析了破坏机理。结果表明：中部加载使模型两侧剪力键受力均匀,设计更为合理;栓钉剪力键的剪应力以加载梁为中心向两侧逐渐降低;高度方向,第7排栓钉受力最大,长度方向,单钉根部受到的剪力最大,应作为控制截面;破坏时,栓钉弯曲变形,根部发生45°剪切破坏,混凝土局部产生裂缝或压碎破坏。     

组合剪力连接件的抗拉承载力有限元分析

为研究组合剪力连接件在PBL高度,贯通钢筋直径,孔径大小,栓钉直径对抗拉承载力和荷载-滑移曲线的影响,使用有限元软件ABAQUS建立组合剪力键模型,通过现有试验对比验证可行性并进行参数化分析。结果表明：增加PBL高度、贯通钢筋直径、开孔孔径、栓钉直径能提高抗拉承载力。其中,增加PBL高度对抗拉承载力的增幅效果并不显著;开孔孔径与承载力之间并不是呈线性增长关系;当贯通钢筋直径从12mm增加至16mm时,构件的承载力有了显著提升;栓钉直径提升至16mm时,构件的极限承载力明显增大;根据叠加原理,建立了组合剪力连接件抗拉承载力计算公式,计算值与数值模拟结果吻合度较高。     

桥塔钢-混结合段剪力连接件承载力试验研究

为确保斜拉桥桥塔钢-混结合段连接的安全可靠,应选择合适的剪力连接件。结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,比较不同极限承载力公式的差异。对栓钉连接件进行模型试验研究,试验得到栓钉的荷载~滑移量曲线。重点研究栓钉的抗剪承载力及破坏形态等,并将试验结果与所有公式的计算结果进行比较。试验结果表明:栓钉连接件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性,在破坏前有明显的屈服过程。在承载力方面,群钉试验得到的用于桥塔钢-混结合段的单钉极限承载力平均比《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的计算值高32%左右。     

钢-UHPC组合结构中PBL剪力键力学性能研究

为探究钢-UHPC组合结构与普通钢-混组合结构中PBL剪力键力学性能的差异性,通过推出试验和有限元分析相结合的方法对其展开详细研究。首先,对9个UHPC试件和9个普通混凝土试件进行推出试验,根据2种混凝土试件中PBL剪力键的破坏形态、荷载-滑移曲线及应变分布规律揭示其失效机制及力学性能的差异,分析贯穿钢筋直径和钢板开孔数对PBL剪力键力学性能的影响;然后,采用试验结果验证的有限元模型开展参数分析,详细探讨UHPC强度、钢板开孔孔径、贯穿钢筋屈服强度和钢板厚度对PBL剪力键极限抗剪承载力的影响;最后,基于试验和有限元分析结果,提出考虑钢纤维的PBL剪力键极限抗剪承载力计算公式。结果表明：受钢纤维的影响,UHPC的裂缝发展受到限制,且较普通混凝土裂缝数量少、宽度小;UHPC试件中贯穿钢筋发生明显屈服,以剪切破坏为主;单孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径,而受混凝土强度影响较小;多孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径和混凝土强度;与普通混凝土试件相比,UHPC试件的抗剪刚度提升了2～3倍,双孔剪力键极限抗剪承载力约提高41%,三孔约提高56%;钢板开孔孔径、...     

某大跨径斜拉桥钢-混结合段PBL剪力键承载力研究

基于某大跨径斜拉桥的设计,为分析其钢-混结合段PBL剪力键的承载能力,采用推出试验方法,得到PBL剪力键试件的破坏形态为钢板孔中混凝土被剪切破坏、孔中贯穿钢筋弯曲、混凝土块表面在开孔板开孔处出现横向裂缝。根据试验测试结果及PBL剪力键的传力机理、荷载~滑移规律得出PBL剪力键的极限承载力和抗剪刚度计算公式,该公式具有较高的精度。对钢-混结合段中PBL剪力键进行有限元计算分析表明:PBL剪力键在最不利设计荷载作用下,应力水平仍小于材料的允许应力。设计具有足够的强度储备。     

混杂纤维混凝土螺栓剪力键试验

为研究混杂纤维混凝土螺栓剪力键的极限承载力、滑移特性及破坏模式,设计3组10个推出试件进行试验研究,分析纤维、螺栓直径、螺栓孔径比等对混杂纤维混凝土螺栓剪力键的承载力、螺栓拉力、破坏模式及荷载-滑移特性的影响。试验结果表明：增大螺栓直径,可以明显提高螺栓剪力键的承载力,其中Φ22直径螺栓较Φ16,Φ19的螺栓的承载力分别提高了1.83倍、1.39倍;孔径比越小,螺栓剪力键的承载力和初始刚度越大,极限滑移量明显增加;随着混凝土强度降低,螺栓剪力键极限承载力和初始刚度明显降低,滑移量则有所增加;掺入纤维后可以提高螺栓剪力键的承载力和初始刚度,对极限滑移量改善不明显;钢混界面黏结力提高后,剪力键的初始刚度有所增加,承载力和滑移量则明显减少。最后,在试验结果的基础上,通过拟合方法提出了钢-混杂纤维混凝土螺栓剪力键承载力计算公式和荷载-滑移曲线公式,为其设计提供参考。     

改进螺旋线型组合销剪力连接件承载力试验研究

为研究新型剪力连接件——改进螺旋线型(MCL)组合销剪力连接件的受力性能,考虑粘结摩擦力、椭圆开孔等因素,设计3组MCL组合销剪力连接件试件与3组开孔板(PBL)剪力连接件试件共同进行推出试验,对比分析2类剪力连接件的破环形态、极限承载力、抗剪刚度、延性及结构应变,并根据试验结果得到MCL组合销剪力连接件承载力计算公式。结果表明:2类剪力连接件试件破坏形态均为混凝土剪切破坏,且为延性破坏;MCL组合销剪力连接件的极限承载力高于PBL剪力连接件,在MCL组合销剪力连接件上开椭圆孔会明显提高其极限承载力,但会降低其刚度;MCL组合销剪力连接件的抗剪刚度和延性均优于PBL剪力连接件;钢销下部应变变化幅度较大,为MCL组合销剪力连接件应力集中区域。文中提出的MCL组合销剪力连接件承载力公式计算方法考虑了组合销、粘结摩擦力和椭圆孔承载力,工程适用性较好。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能的有限元分析

为研究混合梁斜拉桥钢-混结合段的传力机理和受力性能,以某混合梁斜拉桥为工程背景,采用通用有限元软件Ansys建立了该桥钢-混结合段的仿真模型,分析了钢-混结合段内各构件的受力情况。结果表明:在设计荷载作用下,钢-混结合段内各构件应力水平较低,沿纵桥向变化平顺,能有效传递内力,满足结构整体受力性能的要求,且具有较大的安全储备;钢箱梁底板折角与横隔板交接处、加劲T肋尾端及靠近承压板预应力锚固区的混凝土等区域应力变化较大,且存在应力集中现象;抗剪连接件受力不均匀,距承压板最远的剪力钉所受剪力为其他部位剪力钉的2～7倍,距承压板最远的PBL剪力键所受剪力为其他部位PBL剪力键的2～6倍;PBL剪力键所受剪力比剪力钉大,但均远低于其抗剪承载力。     

基于有限元方法的PBL剪力键承载力分析

为深入了解PBL剪力键承载时的传力机理以及破坏模式,通过ABAQUS模拟软件建立PBL剪力键的精细化有限元仿真模型,详细介绍了剪力键的建模过程以及材料本构关系的处理。首先,将有限元模型得出的数值解与PBL剪力键试验结果对比,验证了数值模拟方法的可靠性;其次,对抗剪滑移曲线进行了分析,验证了剪力键破坏大致分为弹性上升段和塑性屈服段;最后,对PBL剪力键的抗剪全过程的主要影响因素进行了分析。结果表明,混凝土榫提供了弹性阶段PBL剪力键的抗剪刚度;抗剪承载力主要受贯通钢筋直径大小的影响,并随着贯通钢筋直径增大而提高。     

PBL剪力连接件承载力试验

设计、制作了15组不同的PBL试件共44个,完成了极限承载力试验,研究分析了各种因素对PBL键极限承载力的影响,并将试验结果与栓钉极限承载力作了比较,也与各国专家提出的PBL键承载力计算公式所得结果作了比较。结果表明:PBL键承载力大、延性好;影响PBL键极限承载力的主要因素是钢板孔洞大小、贯通钢筋的大小和强度、混凝土强度和箍筋强弱;每个试件的孔洞个数和贯通钢筋个数以及试件尺寸等对PBL键单孔承载力也有影响;非紧套型试件的单孔极限承载力远大于与PBL键贯通钢筋同直径栓钉的单钉承载力,而且也大于贯通钢筋与混凝土榫的抗剪极限承载力之和;紧套型PBL键试件单孔极限承载力与同直径栓钉的极限承载力接近。     

多排开孔钢板剪力键群受剪性能研究

采用有限元软件Abaqus,对多排开孔钢板剪力键群的抗剪性能进行模拟研究。考察不同参数(混凝土强度、贯穿钢筋直径、开孔孔径、开孔排数、开孔距离、钢板厚度)对PBL剪力键承载力的影响及其影响规律,同时研究了多排PBL剪力键内力分布规律。结果表明:混凝土强度越大,PBL剪力键承载力越大,同时较迟进入强化阶段;增大钢筋直径在提高PBL剪力键承载力的同时也提高了其屈服后的刚度,且钢筋直径与PBL剪力键承载力呈二次函数关系;孔距不变时增大孔径,PBL剪力键承载力将先增大后减小,这是由于孔距未满足最小孔距要求;开孔排数增多会明显提高PBL剪力键承载力和初始刚度,且开孔排数与承载力呈线性关系;钢板厚度基本不影响承载力;当PBL剪力键的排数达到一定界限以上时,前4排承担了90%的外力,当排数较少时,不同排的剪力键承担的剪力分布为哑铃型。     

嵌入式波形钢板剪力键推出试验及数值分析

为探究波形钢板剪力键的抗剪性能和破坏机理，设计了开孔和无孔2类波形钢板剪力键试件，进行推出试验研究。测试了试件的抗剪刚度、抗剪承载力、加载过程及破坏模态，随后采用有限元软件对试验全过程进行模拟，并开展波形钢板剪力键构造参数分析，探讨了混凝土强度、钢板厚度和高度的影响。根据试验和有限元分析结果，提出了波形钢板剪力键承载力计算公式。研究结果表明：波形钢板剪力键具有较高的抗剪承载力和良好的延性，当荷载-滑移曲线进入水平段后，仍能承受较大的相对变形，同时保持承载力不降低。无孔类剪力键依靠倾斜钢板材料的屈服来传递剪力，抗剪承载能力较高；开孔类剪力键主要通过倾斜钢板传递剪力，贯通钢筋和混凝土榫也能发挥一定的抗剪作用。剪力键开孔及设置贯通钢筋能增强混凝土板的整体性，开孔类剪力键试件的裂缝分布范围更大。试件破坏时，波形钢板剪力键发生明显变形，钢材达到极限强度，材料的利用效率高；波形钢板厚度、波形钢板高度和混凝土强度均是影响波形钢板剪力键抗剪承载力的关键因素，设计时需综合考虑并进行合理匹配，以便充分发挥各材料的性能；提出的波形钢板剪力键承载力计算公式与试验测试结果吻合较好。     

新型钢混螺栓连接件抗剪性能试验

在钢混组合梁桥中,为实现混凝土板与钢主梁的装配式连接,提出一种主要由长螺栓、短螺栓及螺栓连接套筒组成的新型钢混螺栓连接件,该螺栓连接件的最大优势为易于混凝土板的拆卸。设计并开展新型螺栓连接件推出试验（3组试件）,并分析各直径螺栓连接件的剪力-滑移曲线特征及相应推出试件的破坏形态;研究新型螺栓连接件的抗剪承载力、峰值滑移及抗剪刚度等力学性能,并与焊钉连接件相应的力学性能进行比较。研究结果表明：推出试验中新型螺栓连接件的破坏形态均为螺栓杆被直接剪断,螺栓连接套筒下侧混凝土仅出现微小裂纹,混凝土无压溃剥落现象;新型螺栓连接件的抗剪承载力约为螺栓杆抗拉强度的80%;钢混结合面的峰值滑移随螺栓直径的增大而增加,M27螺栓连接件的峰值滑移接近6 mm;螺栓连接件的抗剪刚度主要受螺栓杆和螺栓孔间隙的影响,随间隙的增大而减小;在钢混组合梁桥中应用该新型螺栓连接件时,为减少螺栓连接件的使用数量,推荐采用较大直径的螺栓连接件。     

新型可拆卸开孔钢管连接件抗剪性能

为适用预制钢-混凝土组合桥梁快速装配化施工需求,提出一种新型可拆卸的开孔钢管连接件。通过设计不同钢管壁厚、开孔板条宽度与高度等参数的开孔方钢管连接构造试件,开展水平推出试验,研究其抗剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式及相对滑移特征。考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型及钢-混凝土界面非线性接触,建立可拆卸连接件抗剪分析的高效精细有限元模型,并通过试验结果验证。采用验证的有限元模型,进行与方钢管具有相同用钢量、板厚、开孔形式的圆钢管连接件抗剪性能对比分析。研究结果表明：可拆卸钢管连接件不仅具有开孔板连接件相当的抗剪承载力,而且比焊钉连接件具有更好的延性;增加钢管壁厚能有效提高其抗剪刚度与强度,改变底部开孔形状对连接件的抗剪刚度影响较小,但对强度影响较大;圆管与方管连接件具有相当的剪切屈服强度,但方管连接件的极限抗剪强度更高,而圆管连接件的延性更好;塑性理论推导可拆卸连接件剪切屈服强度计算结果同试验、有限元结果吻合良好,证明该计算式准确、有效;建议荷载作用下,混凝土板不发生开裂和压溃,可拆卸连接件可屈服进入塑性状态,实现混凝土板、钢梁易更换、修复或重复利用。     

装配式木结构钢夹板螺栓连接抗剪性能（双语出版）

为深刻认识装配式木结构钢夹板螺栓连接的抗剪性能,准确计算其抗剪承载力,针对装配式木结构中胶合木-钢夹板螺栓连接件的构造特点,考虑胶合木厚度与螺栓直径之比（厚径比）、螺栓间距及螺栓并列、错列布置3个因素的影响,设计了3类17组共51个推出试件,并进行了纵向荷载作用下胶合木-钢夹板螺栓连接件的抗剪性能试验。采用推出试验与有限元数值模拟相结合的方法,探讨了胶合木-钢夹板螺栓连接件的剪切破坏机理和螺栓垫片对其抗剪性能的影响。结果表明：胶合木-钢夹板单螺栓连接中,随厚径比的增大,螺栓连接的破坏模式逐渐由"单铰"向"双铰"转化,最佳厚径比为7.5;在多螺栓连接中,螺栓从上至下的弯曲程度呈递减规律,且部分胶合木出现销槽承压破坏;随着螺栓布置间距的增大,连接件的抗剪承载力呈增大趋势,而初始刚度呈减小趋势;随着螺栓布置列数的增加,连接件的胶合木由沿中间单列螺栓劈裂破坏向两边列螺栓劈裂破坏转变,2列布置构件的延性最佳;在螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪承载力比并列布置的高,但并列布置的延性性能优于错列布置;钢夹板螺栓连接件抗剪承载力的有限元计算结果与试验结果吻合良好,而各国规范公式计算结果则偏于保守;螺栓垫片对连接件抗剪性能的影响较小。     

装配式组合梁桥开孔钢板连接件抗剪性能

为建立适用于装配式钢-混组合梁桥的间断式开孔钢板连接件的极限承载力和初始刚度的设计计算方法,共设计3组8个间断式开孔钢板连接件与1个传统开孔钢板连接件推出试件,分别研究端部承压面、开孔孔径、贯穿筋直径与混凝土强度对间断式开孔钢板连接件的极限承载力及初始刚度的影响;利用非线性有限元模型对间断式开孔钢板连接件的受力机理、破坏过程和承载能力进行仿真模拟,并通过与试验结果进行对比分析验证仿真结果的可靠性;以试验中的变量设置为基础,增加参数取值范围,建立并分析162个非线性实体有限元模型,通过对分析结果进行多变量回归分析,提出适用于间断式开孔钢板连接件的初始刚度及极限承载力的计算表达式。结果表明：间断式开孔钢板连接件的荷载-滑移曲线分为弹性段、塑性段及下降持力段3个阶段,前2个阶段荷载主要由孔中混凝土隼、贯穿筋及端部承压混凝土共同平衡,下降持力段荷载则主要由上侧贯穿筋承担;试件极限承载力及初始刚度约为同尺寸传统开孔钢板连接件的2倍,并随开孔孔径、贯穿筋直径与混凝土强度的增加而提高;所建立的初始刚度与极限承载力计算公式与试验值吻合较好,研究结果对间断式开孔钢板连接件在装配式钢-混组合梁桥中的应用具有参考价值。     

钢板组合梁桥面板与主梁连接受力性能研究

针对一座钢板组合梁桥,通过有限元程序ANSYS对组合梁中混凝土桥面板与钢主梁连接进行建模计算分析,并进一步通过试验研究得到群钉连接件的抗力性能。理论计算结果表明：在承载能力极限状态组合下,支点位置附近群钉剪力最大,焊钉抗剪承载力满足设计要求。抗剪试验结果表明：相比于单钉推出试件的承载力,大部分群钉试验试件中单钉平均承载力减少10%~20%左右,但即便是焊钉数量最多的试件,其平均单钉承载力仍远高于现行规范的设计抗剪承载力。     

波折开孔板连接件基本力学性能试验

为了研究和开发钢与混凝土组合结构中的新型连接件,提出了一种新型连接件——波折开孔板连接件。进行了3个波折开孔板连接件推出试验和3个普通开孔板连接件推出试验,测试了这2种连接件的基本力学性能,对试验结果进行了比较和分析,得到了波折开孔板连接件的荷载-滑移关系,并拟合出在正常使用状态和极限承载力状态下的相对刚度表达式。试验结果表明：波折开孔板连接件具有优越的力学性能,其抗剪强度比普通开孔板连接件提高24%,其抗剪刚度比开孔板连接件也有较大提高,达到极限荷载时其延性为普通开孔板连接件的1.9倍。