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。     

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...     

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。     

PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究

由于采用了不同的PBL试件,考虑了不同的影响因素,国内外现有的PBL剪力键承载力计算公式差异较大。本文设计、制作了20组不同的PBL试件共59个,完成了极限承载力试验,研究分析了各种因素对PBL键承载力的影响,并在此基础上提出了PBL键承载力计算公式。结果表明,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;其次是每个试件的孔洞个数和贯通钢筋个数以及试件尺寸等。本文提出的PBL键承载力计算公式较全面地考虑了上述各主要因素,物理意义明确,与其他公式相比,其计算结果和本文的试验结果最为吻合。该公式可用于PBL键的设计计算。     

混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能研究

为研究混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能,本文对2类7组共28个插入式试件进行破坏性试验。基于试验结果,对分别采用超高性能活性粉末混凝土(RPC)和C50普通混凝土浇筑的PBL剪力键力学性能、破坏形态及传力原理等进行分析,探讨影响PBL受力性能的主要因素;同时将试验结果与国内外学者提出的PBL承载力公式计算值进行比较,建立孔内榫剪断形式下、考虑开孔钢板与混凝土黏结作用的PBL承载力计算式。结果表明:采用RPC浇筑的PBL剪力键相对采用C50浇筑受力性能得到改善,PBL延性主要受孔内贯穿钢筋变形性能控制,混凝土榫能有效提高PBL的抗剪能力。建立的承载力计算式物理意义明确,计算值与试验值吻合较好,可用于采用RPC或普通混凝土浇筑的混合梁钢-混结合段PBL承载能力的确定。     

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。     

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。     

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。     

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。     

页岩陶粒轻骨料混凝土梁受剪承载力试验研究

考虑混凝土强度、剪跨比、配箍率等因素的影响,对15根页岩陶粒轻骨料混凝土梁进行了斜截面的受剪承载力试验研究,分析了梁的破坏形态、变形特性以及梁剪力与箍筋应变的关系;基于139根轻骨料混凝土梁的受剪试验结果,以及分别按照中国规范、美国规范和欧洲规范的抗剪公式进行计算的结果,求出混凝土项受剪承载力试验值与3个规范计算值的比值。结果表明:随着轻骨料混凝土强度的提高,混凝土项受剪承载力提高的幅度逐渐有所降低;美国规范和欧洲规范计算公式的安全储备较高,而中国规范计算公式的安全储备较低,不满足受剪承载力计算公式95%保证率的要求。考虑到轻骨料混凝土的特性,对混凝土项受剪承载力予以折减,提出了轻骨料混凝土梁斜截面的受剪承载力计算公式。     

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%。     

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...     

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。     

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。     

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。     

Twin-PBL剪力键疲劳性能试验及有限元分析

为研究Twin-PBL剪力键在循环荷载作用下的力学性能,进行了5个Twin-PBL剪力键的疲劳推出试验。分析了其在不同疲劳荷载幅下的疲劳破坏模式、疲劳性能及荷载-滑移曲线。结合有限元仿真软件MIDAS/Fea进行空间实体建模,将有限元计算结果与推出试验得出的数据和构件损伤形式进行了对比分析,并拟合得到平均相对误差为9. 09%的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在疲劳试验中,Twin-PBL剪力键的疲劳损伤寿命随疲劳荷载幅的增大而趋于短折; Twin-PBL剪力键疲劳试验后的残余滑移量能表征疲劳损伤的程度;有限元仿真模拟与疲劳试验相互印证了Twin-PBL剪力连接件的破坏模式,即混凝土板自底部呈45°斜向劈裂,开孔处混凝土榫剪碎,贯穿钢筋剪切变形。     

铁路桥钢管复合桩抗剪连接件的试验研究

工程上通常设置抗剪连接件来保证钢管复合桩内钢管与核心混凝土之间剪力的可靠传递。通过缩尺试验,包括5组偏压试验和2组推出试验,分析抗剪连接件对钢管复合桩工作性能的影响。试验结果表明:抗剪连接件能够提高桩身表面钢管的最大纵向压应变、整体承载能力和抗弯性能;抗剪连接件对钢管复合桩抗弯刚度的提高效应与其间距成反比;抗剪连接件改善了钢管与核心混凝土之间的粘结滑移性能,明显增强了钢管与核心混凝土的粘结强度。     

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。     

配箍率对高强钢筋RPC梁抗剪性能影响研究

为了研究HRB500级高强钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪性能,通过改变箍筋配筋率,对4根在集中荷载下的RPC简支梁进行受剪破坏试验,比对分析不同配箍率对试验梁的斜裂缝发展、受剪承载力及最大斜裂缝宽度的影响。试验结果表明:高强箍筋和活性粉末混凝土具有良好的协同工作性能,抗剪延性得到改善;高强钢筋活性粉末混凝土梁的临界斜裂缝一般由腹剪型斜裂缝发展而成;配箍率大小对试验梁的斜向开裂荷载并无明显影响,但是配箍率越高,斜裂缝宽度越小,抗剪承载力越高;桁架-拱理论模型公式比较适用于高强钢筋RPC有腹筋梁抗剪承载力的计算。     

不同纵筋率高强钢筋RPC梁抗剪承载力及剪切延性试验研究

为研究纵筋率对高强钢筋活性粉末混凝土梁剪切性能的影响,进行集中荷载下5根RPC梁的受剪试验,分析纵筋率对梁的斜裂缝宽度、剪切延性及抗剪承载力的影响。结果表明:试验梁的抗剪承载力随着纵筋率的提高而提高,而剪切延性随着纵筋率的提高而降低;采用高强钢筋的活性粉末混凝土梁,正常使用极限状态下斜裂缝最大宽度不超过0.3 mm。建立考虑纵筋作用的高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力计算的经验公式,利用经验公式对搜集的27根梁进行计算,吻合较好且变异系数小。该公式具有一定的参考意义,可为高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力的研究提供参考。