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.     

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...     

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-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...     

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。     

UHPC⁃NC组合界面连接及抗剪性能研究

为了解超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)之间界面处理方式及组合界面受力性能,设计制作3组共6个UHPC?NC双面剪切试件进行抗剪性能试验.研究表明:当UHPC?NC界面不处理时,破坏方式为双侧剪切破坏,最大抗剪承载力仅为1.05～1.25 MPa;当UHPC?NC界面凿毛和涂缓凝剂时,破坏方式均为单侧剪切破...     

重复荷载作用下栓钉连接件力学性能的试验研究

进行了16个栓钉连接件试件在重复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察横向配筋率和栓钉间距对栓钉力学性能的影响。结果表明:栓钉连接件的滞回曲线较为饱满,耗能能力强;当横向配筋率在0.4%~0.79%之间时,试件的延性和耗能能力都得到明显的提高;继续增加到1%时,试件的延性开始下降,但耗能能力继续增加;同样,当栓钉间距在40~80mm之间时,试件的延性得到提高,而耗能能力下降;当栓钉间距在80~160 mm之间时,试件的延性开始降低,但是,耗能能力提高。     

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。     

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。     

铁路钢-混组合梁抗拔不抗剪栓钉设计研究

为研究抗拔不抗剪栓钉在铁路钢-混组合连续梁桥中的适应性及存在问题，以4×40 m铁路钢-混组合连续梁为例，基于有限元分析软件Midas Civil,对常规栓钉的设计参数进行分析，对抗拔不抗剪栓钉及加密过渡区的设置范围进行比选，拟定铁路钢-混组合梁可行的抗拔不抗剪栓钉设计方案。研究表明：综合桥面板受力、过渡区栓钉受力、钢梁整体刚度等因素，推荐抗拔不抗剪设置范围取支点两侧0.15L(L为梁跨度);抗拔不抗剪连接区域滑移量较大，但其栓钉不受剪力；需要重点关注过渡区首排栓钉，确保其满足强度以及疲劳性能的要求，推荐加密过渡区设置范围取3 m;相较双工字形截面，双槽形截面与抗拔不抗剪需要设置的过渡区适应性较好，但用钢量增加约10%;相较常规栓钉方案，抗拔不抗剪栓钉方案桥面板钢筋减少17.7%,栓钉减少12.4%,梁部每延米造价降低2.8%。     

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...     

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....     

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。     

基于刚度退化的框-剪结构受力性能研究

根据模型试验数据确定各变形阶段框架与剪力墙的实际刚度,针对4种典型工况,分别采用框架与剪力墙刚度退化系数计算刚度退化后的各楼层刚度,再沿结构高度方向加权平均得到结构真实刚度。基于协同工作原理提出一种考虑结构刚度退化计算框-剪结构的适用方法,通过算例分析了结构的受力性能。研究结果表明:考虑结构刚度退化后,结构自振周期增加,刚度减少,侧移增大,总框架承担总剪力的比例增加,《规范》对框架承担剪力的调整是有必要的。     

钢筋钢纤维混凝土抗剪性能的进一步研究

通过试验对钢筋钢纤维混凝土抗剪性能做了进一步的研究，实验表明钢筋负纤维混凝土抗剪性能有很大提高，将试验结果与《钢纤维混凝土设计与施工规程》中的梁的承载力计算公式进行了对比，发现两者偏差罗大。因此就此偏差进行了分析。最后还将掺钢纤维的钢筋混弟土梁的承载与配箍筋梁的承载力做了比较，并进行了分析。     

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.     

预制UHPC与后浇NC界面的抗剪性能北大核心

采用预制超高性能混凝土(Ultra‐high Performance Concrete,UHPC)作为底板并与后浇普通混凝土(Normal Concrete,NC)形成组合结构,可有效减轻结构自重,提高施工效率。为研究界面处理方法对预制UHPC‐后浇NC(UHPC‐NC)界面抗剪性能的影响规律,开展Z形试件直剪试验,并采用数值模拟方法进行扩大参数分析。试验结果表明:UHPC‐后浇NC界面破坏模式分为完全界面破坏(A类)和NC劈裂破坏(B类)两种,界面抗剪承载力主要由后浇NC控制;植筋能显著提高抗剪强度和延性。植筋试件的抗剪强度可达到整浇试件的91.5%,UHPC界面凿毛处理的抗剪强度为整浇试件的55.7%。植筋界面试件最大相对滑移为1.2 mm,表现出较好的延性。凿毛界面试件滑移基本不超过0.25 mm,表现为脆性破。数值模拟结果表明:试验结果和数值模拟结果吻合良好,界面抗剪强度随NC强度的增大而增大,当NC强度等级超过C50后,抗剪强度由界面植筋率控制;随着植筋率的提高,界面抗剪强度先增大再减小,界面最优植筋率为1.57%。     

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。     

预制综合管廊接头抗剪性能与等效模拟方法

预制管廊接头力学性能及设计方法研究尚属于起步阶段,理论尚不成熟,对接头受力性能的认识尚不清晰。为研究预制管廊接头的抗剪性能及影响因素,基于福建省平潭预制拼装综合管廊工程,以典型的双舱和三舱预制拼装综合管廊结构为例,采用PLAXIS 3D岩土有限元程序建立预制管廊接头精细化三维数值模型,深入分析管廊接头的抗剪性能及影响因素,并提出合理实用的管廊接头等效模拟方法。研究结果表明,不设置剪力键时接头的极限总剪力降低了11.1%,设置剪力键能够明显地改善接头的抗剪性能;接头剪切强度和剪切刚度均与预应力基本呈线性关系;采用等效界面模型可以比较合理地模拟剪力键接头的抗剪力学行为。