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-混凝土组合梁栓钉连接件界面黏结刚度研究

栓钉连接件界面黏结刚度的取值是钢-混凝土组合梁数值模拟中亟需解决的关键问题.基于能量原理给出了栓钉和黏结区混凝土的变形能公式,通过变形能与黏结刚度间的二阶导数关系提出了界面黏结刚度的计算方法.在该方法中栓钉和混凝土的剪切模量是重要的材料参数.根据弹塑性力学理论,提出了栓钉和黏结区混凝土变形全过程的剪切模量理论计算方法....     

波形钢-UHPC组合桥面板中栓钉-PBL连接件抗剪性能数值模拟研究

针对波形顶板-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)新型组合桥面板结构,提出在波形钢板波峰处布置短栓钉,波谷处布置开孔板(Perfobond Leiste,PBL),形成栓钉-PBL组合连接件协同抗剪。为探究该组合连接件的抗剪力学性能,建立组合连接件推出试验及梁式试验的有限元模型,并基于现有试验对模型的正确性进行验证。在此基础上,讨论了栓钉直径、PBL孔径、栓钉抗拉强度和UHPC抗压强度等设计参数对组合连接件抗剪性能的影响规律。通过分析组合连接件在推出试验全过程中的剪力分配规律,揭示了波形顶板-UHPC组合结构中栓钉与PBL剪力连接件的协同工作机理及破坏机理,并基于此提出组合连接件的设计理论和抗剪承载力计算方法。研究结果表明：组合连接件受到的剪力由栓钉和PBL共同承担,增加短栓钉直径、PBL孔径和UHPC强度均可有效提高组合连接件抗剪承载力;栓钉与无贯穿钢筋的PBL连接件抗剪承载力相近时,后者在加载初期承担的荷载较大,并会早于栓钉发生破坏;二者抗剪承载力之比在1.5左右时,大致同时进入破坏阶段,组合效果最佳;提出的栓钉-PBL组合连接...     

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...     

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;采用橡胶包裹栓钉后,连接件抗剪承载力基本保持不变,抗剪刚度显著减小(约为SFRC普通栓钉连接件的50%);橡胶套高度变化(h_r=25,50,75 mm)对其抗剪刚度与抗剪承载力影响较小;组合连接件橡胶套高度建议取栓钉高度的50%。     

钢桁梁—混凝土板结合梁剪力连接件的布置位置

研究了钢桁梁－混凝土板结合梁的剪力连接件的布置位置，对三种方式进行了计算，并对计算结果进行了分析比较。对剪力连接件的布置位置给出了一些建议。     

栓钉式钢-混凝土组合梁疲劳刚度退化研究

为了研究疲劳荷载作用下栓钉式钢-混凝土组合梁疲劳刚度的退化规律与影响因素,提出了改进的组合梁疲劳变形计算方法,并基于此结合疲劳刚度定义式与刚度退化函数,对组合梁疲劳刚度退化规律进行分析,探究抗剪连接度与荷载幅值对组合梁疲劳刚度的影响规律.结果表明:论文提出的组合梁疲劳变形计算方法与试验结果吻合较好,最大误差在12％以内...     

混凝土受拉状态下钢—混凝土组合结构中栓钉的承载力的研究

现有的国内外组合结构规范对混凝土受压状态下铨钉的静、动承载力都有规定（尽管具体数值差别较大），而且还规定了测栓钉承载力的试验方法，但对于混凝土受拉状态下的栓钉既没有规定承载力，也没有规定承载力测试方法。为此，作者提出了在混凝土受拉状态下，进行栓钉的承载力试验的反向推出试验方法；对在φ22栓钉不同排列的C50混凝土不同配筋率情况下，5组18个试件的栓钉刚度和承载力等问题进行了试验研究，并与标准推出试验（混凝土受压）得到的φ22栓钉的试验结果进行了比较。成果已应用于秦沈客运专线。     

钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

混凝土受拉状态下钢-混凝土组合结构中栓钉的承载力的研究

现有的国内外组合结构规范对混凝土受压状态下栓钉的静、动承载力都有规定(尽管具体数值差别较大),而且还规定了测栓钉承载力的试验方法,但对于混凝土受拉状态下的栓钉既没有规定承载力,也没有规定承载力测试方法.为此,作者提出了在混凝土受拉状态下,进行栓钉的承载力试验的反向推出试验方法;对在22栓钉不同排列的C50混凝土不同配筋率情况下,5组18个试件的栓钉刚度和承载力等问题进行了试验研究,并与标准推出试验(混凝土受压)得到的22栓钉的试验结果进行了比较.成果已应用于秦沈客运专线.     

扣件刚度对钢轨振动特性的影响研究

准确合理的扣件刚度参数对轨道结构设计至关重要,目前的研究尚未明确扣件刚度和钢轨振动特性之间的关系。依据单自由度隔振系统的计算公式,结合国内某地铁线路实测数据,重点研究现场钢轨垂向和横向的固有频率、振型和振动传递特性,有限元仿真和现场锤击测试充分验证了理论计算。在此基础上,通过钢轨整体的共振频率反演得到现场扣件的动刚度。该研究可为轨道减振器的仿真计算和优化设计提供依据。     

结合梁栓钉的极限承载力的试验研究

为了为我国某公铁两用桁梁结合梁大桥确定栓钉规格、栓钉承载力设计值,本文通过大量试验,研究了国产φ22、φ25和φ13检钉(14 MnNbq母材、C50混凝土)的p-u曲线、按极限承载力以及混凝土配筋率、栓钉间距、反复加载、卸载对栓钉极限承载力的影响.     

负弯矩作用下钢—混凝土结合梁性能研究

芜湖公铁两用长江大桥系双层，上层为公路桥，下层为双线铁路桥，为了使上层公路桥面板以帮助主桁上弦杆抵抗巨大的纵向压力，正桥全部采用混凝土桥面板与钢桁梁共同作用的板桁结合梁。但是，在主桥边跨各连中间墩附近的上层混凝土板却处于受状状态。为了给芜湖桥受拉区板桁结合梁提供合理的结构形式和设计依据，本研究制作了4根大尺寸结合梁，它们的尺寸，钢构件相同，但混凝土板及连接件的数目与布置不同，其中两根梁的混凝土板为全部工地现浇高配筋混凝土，另两根为预应力预,制混凝土板＋工地后浇微膨胀混凝土，在负弯矩作用下，每梁先做200万次疲劳试验，再做极限承载力试验，对结合梁的疲劳性能，极限状态，包括刚度，应变，混凝土板中的裂纹等作了对比研究，研究成果已应用于芜湖桥受拉区结合梁的设计。     

空气弹簧复合参数对垂向刚度特性的影响

以高速动车组用某型空气弹簧为研究对象,基于非线性、轮胎方程和流固耦合理论,利用ABAQUS有限元分析软件对其进行建模分析。通过相关试验验证了仿真的有效性,然后同时改变附加气室容积和标准高、同时改变附加气室容积和帘线参数,以探究复合参数对垂向刚度的影响。结果表明:附加气室容积越大,随着标准高的增大空气弹簧垂向刚度增加得越快;无附加气室时,帘线层数和帘线间距对垂向刚度影响较大;有附加气室时,帘线层数和帘线间距对其垂向刚度影响较小;在一定范围内,无论附加气室容积多大,帘线角度对垂向刚度的影响都较大。     

铁路钢-混凝土组合桁架外接式节点力学特性研究

以新建西安至平凉铁路1-80 m组合桁架为工程背景,对外接式钢-混凝土组合节点进行非线性分析,根据理论分析结果,进行节点试件的加载试验。通过这种理论计算与试验相互验证的方法,深入研究外接式节点的承载能力、破坏形式等力学特性。分析结果表明:该类型钢-混凝土组合节点能够满足工程要求;理论计算结果与试验吻合很好,理论计算可用于指导设计,并且计算结果满足工程精度要求。     

双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。     

剪力键布置方式对连续组合梁桥受力特性的影响

在连续组合梁桥中,剪力键的类型、布置范围和布置间距的差别将引起结构受力特性的差异。利用通用有限元软件MSC NASTRAN对连续组合梁桥结构进行了数值模拟(主要包括用弹簧单元和MPC单元模拟不同类型和抗剪刚度的剪力键,以及用GAP单元模拟负弯矩区混凝土板的开裂),计算了在不同剪力键布置方式下连续组合梁桥的内力分布和变形。通过对计算结果的分析比较,认为剪力键布置方式的不同导致界面处剪力分布、滑移分布、负弯矩区混凝土板中钢筋应力分布、挠度等的显著变化。尤其在连续组合梁桥负弯矩区配置柔性剪力键,可以大大降低混凝土板中钢筋的拉应力;不过,在柔性剪力键与跨中刚度较大的剪力键相交位置,会在刚性剪力键中产生很大的剪力集中,钢筋中也出现轻微的应力集中。因此,工程人员在连续组合梁桥结构设计过程中可以通过调整剪力键的布置方式,使其结构内力分布和变形更加合理。     

铁路桥梁基础受冲刷对桥墩自振特性的影响分析

以城鸡线2K+614 m桥5号桥墩为研究对象,通过挖开桥墩基础周围覆盖层土体的不同厚度模拟基础受冲刷程度,运用冲击振动试验法进行桥墩自振特性测试,分析桥梁基础受冲刷对桥墩自振特性的影响。结果表明:桥墩基础周围覆盖土层厚度的减少会降低桥墩的自振频率,并使桥墩的刚体摆动趋势增强;减少的土体越靠近地面对桥墩自振频率的影响越大。采用弹性系数模拟桥墩基础周围土体对桥墩的约束,建立有限元模型,并通过改变弹性系数值模拟覆盖土层厚度变化对基础的约束影响,分析基础在不同冲刷程度下桥墩自振特性的变化规律。用有限元法、能量法和回归法分析覆盖土层厚度变化对桥墩自振特性影响的结果与实测结果的比较表明:有限元法比能量法和回归法能更好地预测基础受冲刷对桥墩自振特性的影响。