PBL剪力连接件破坏形态的试验研究

鉴于PBL剪力连接件破坏形态的重要性,基于现有试验结果对连接件的破坏形态进行了分类总结;通过不同破坏形态下典型试件的试验结果分析,指出了对混凝土榫破坏形态认识上的不足.通过3组9个试件的破坏试验对混凝土榫的破坏形态进行了试验研究,并根据试验结果阐明了混凝土榫不同破坏形态的成因.研究结果表明:在3种混凝土榫破坏形态中,混凝土榫剪切破坏下连接件的承载能力最高、刚度衰减速度最慢;混凝土压缩破坏是由垂直于钢板面的横向约束不足造成的,混凝土割裂破坏是由钢板厚度过薄使孔内混凝土质量无法保证造成的;为保证极限承载状态下发生混凝土榫剪切破坏,PBL剪力连接件需具备足够强的垂直于钢板面方向的横向约束及足够厚的开孔钢板.     

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。     

PBL剪力连接件受力性能的有限元分析

为验证有限元分析方法研究PBL剪力连接件受力性能的可行性和准确性,首先,应用ANSYS有限元软件建立了某大桥PBL剪力连接件的实体模型;其次,基于有限元模型,对影响PBL剪力连接件受力性能的混凝土强度等级、钢板开孔直径、贯穿钢筋直径、贯穿钢筋强度、是否设置贯穿钢筋等5个影响参数值进行分析;最后,将有限元计算结果与推出试验得出的数据和经验公式计算的数据进行对比分析。结果表明:在相应影响参数下,有限元计算结果与两组数据的差异均在合理的范围内;应用ANSYS对PBL剪力连接件的受力性能进行有限元分析是可行的,可以辅助推出试验和经验公式对PBL剪力连接件进行研究。     

钢—HSSFC中PBL剪力键力学试验研究

为研究钢-HSSFC (High Strength Steel Fiber Concrete,高强钢纤维混凝土)组合结构中PBL剪力键的力学性能,共设计制作了4组12个试件,并进行推出试验,研究其破坏形态、荷载-滑移曲线,分析破坏机理。试验结果表明:采用HSSFC的PBL剪力键具有更高的极限承载力、延性、抗剪刚度和裂缝抑制能力。最后基于本试验提出的极限承载力计算公式物理意义明确,与试验结果吻合良好,可以指导钢-HSSFC组合结构下PBL剪力键的设计。     

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。     

并列异形PBL-钢纤维增强混凝土组合剪力键受剪性能研究

为解决PBL连接件在装配式组合梁中应用困难的问题，提出了一种并列异形PBL-钢纤维增强混凝土(SFRC)组合剪力键。以连接件内贯穿钢筋数量为参数，进行了5个简化单边推出试验，得到试件的破坏模式与荷载-位移曲线，对比分析关键受剪变形特征的变化规律。基于试验结果，建立与试验结果吻合较好的有限元模型，并分析了不同材料部件的应力、应变发展及分布特点；对异形钢板剪力键的断裂机制进行了初探性研究。研究结果表明：并列异形PBL-SFRC组合剪力键具有初始剪切刚度大和延性好的特点；贯穿钢筋可有效防止SFRC的纵向劈裂破坏，减小连接件的拔出效应；组合剪力键的整体性随贯穿钢筋数量的增加而提高；有限元分析较好地揭示了该类剪力键从PBL屈服到SFRC损伤再到PBL断裂的破坏过程，PBL剪力键断裂点的钢材应变较大，与钢材颈缩应变吻合较好。     

大跨径斜拉桥索塔锚固构件抗剪性能研究

针对大跨度斜拉桥的索塔锚固区连接件选取栓钉和PBL剪力键（开孔钢板连接件）的抗剪切性能进行对比分析。设计出一种梁式加载试验装置来替代传统的推出试验,以此更为真实反映出索塔锚固区结构的钢牛腿的剪力键受力情况,通过对栓钉和PBL剪力键的荷载—滑移量曲线、抗剪切刚度以及极限抗剪切承载力等方面对两种剪力键进行分析最终得出：与栓剪力键相比,PBL剪力键具有极限承载力高,抗剪切刚度大等优点,PBL剪力键的单孔极限承载力比栓钉高出43.66%,PBL剪力键最大滑移量仅有0.08 mm,少量的PBL剪力键能够替代大量栓钉剪力键达到相同的承载效果。     

基于BP神经网络的钢-混组合结构PBL剪力键承载力

为实现钢-混组合结构PBL剪力键极限承载力的准确预测,通过分析既有推出试验结果,对PBL剪力键的作用机理及破坏模式进行总结,确定PBL剪力键纵向抗剪承载力的主要影响因素为开孔直径、钢板厚度、混凝土抗压强度、贯穿钢筋直径、钢板屈服强度等.以神经网络理论为基础,选用误差反向传播(BP)神经网络算法模型,选取钢板厚度、开孔直...     

开孔钢板剪力连接件静力性能试验

为了给组合桥梁的设计提供参考,针对组合桥梁中开孔钢板剪力连接件(PBL连接件),考虑端部承压方式、混凝土强度、孔洞数量以及贯穿钢筋直径4个因素的影响,进行了9个PBL连接件的单调加载推出试验。试验结果表明:端承型试件的抗剪承载力和抗剪刚度高于非端承型试件,而且2种试件的破坏形态有所区别,前者是混凝土板的劈裂破坏,后者是孔内混凝土榫的剪切破坏。采用回归分析法在已有承载力计算方法基础上,改进提出了考虑所有横向钢筋对混凝土约束作用的抗剪承载力表达式。在纵向抗剪刚度计算中,依据弹性地基梁理论,结合国内外68个试验模型的回归分析,提出了适用于单排多孔且考虑端部混凝土承压作用的PBL连接件抗剪刚度计算方法,并给出了PBL连接件在静载下的荷载-滑移曲线模型。与试验结果对比发现,所建立的极限承载力、正常使用阶段抗剪刚度计算公式和荷载-滑移曲线模型都与试验值吻合较好,该研究结果对PBL连接件的静力性能研究具有良好的参考价值。     

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、...     

PBL剪力连接件群结构行为及承载力计算方法研究现状

归纳了混合结构钢-混结合段中的PBL连接件群结构行为及承载力计算方法的最新成果。区分了组合结构和混合结构中剪力连接件群的受力方式,介绍了近年来PBL连接件群结构行为、承载力计算方法研究的情况,主要包括PBL连接件及连接件群的结构行为、数值模拟方法。在此基础上,详细阐述了PBL连接件群结构行为及极限承载力研究面临的关键问题,主要包括加载全过程的结构行为和破坏机理、数值模拟技术、极限承载力计算方法等。     

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。     

具有短钢筋连接件的超薄轻型组合桥面结构抗剪性能初探

钢—超薄UHPC轻型组合桥面板中UHPC层太薄难以采用常规剪力连接件,笔者团队提出一种新型短钢筋剪力连接件替代常规连接件。首先对短钢筋连接件静力抗剪性能进行初步研究,研究方法采用常用静力推出试验方法。共设计3组(5个)短钢筋推出试件,其中焊缝长度包含15、20、30 mm。试验结果表明:试件存在2种破坏模式,分别为焊缝剪断和超高性能混凝土局部破坏模式;短钢筋连接件承载力随着焊缝长度增加而提高;短钢筋连接件抗剪承载力比栓钉更高。然后对实验模型采用ABAQUS有限元软件进行仿真分析。其中短钢筋连接件、钢板和超高性能混凝土均采用C3D8R单元,钢筋网采用C3D2桁架单元进行模拟。计算结果与试验值符合较好。在模型与试验相验证的基础上,进行了不同焊缝长和不同短钢筋直径的静力推出试件的有限元参数分析,探明了焊缝长和短钢筋直径对荷载-滑移曲线的影响规律。     

两种PBL连接件对波形钢腹板PC组合箱梁力学性能的影响研究

以某波形钢腹板桥为依托工程,研究了两种常用PBL剪力连接件的构造特点;分析比较了两种剪力连接件对波形钢腹板PC组合梁应力分布特点。研究表明:采用Twin-PBL连接件的波形钢腹板的局部模型力学性能更优。主要是由于该连接件的纵向刚度相对于S-PBL+栓钉连接件的纵向刚度更强。另外,采用数值模拟相比实体试验可以节约大量试验成本。该方法可用做试验辅助方法。     

钢-混组合结构剪力连接件及承载力计算方法

钢-混组合结构因能够充分发挥钢材与混凝土两种材料的特性,在桥梁工程中得到了广泛应用。为了进一步研究钢-混组合结构中剪力连接件的类型及设计方法,在现有常用剪力连接件的基础上,总结了剪力连接件的类型、作用及设计要求,并参考国内外相关规范,总结了栓钉和PBL剪力连接件的承载力计算方法,为此种剪力连接件在桥梁工程中的应用提供了参考依据。     

复合型开孔板连接件抗剪性能试验

为提高开孔板连接件(PBL)的抗剪性能，提出了带柔性套筒的复合型PBL连接件，并对其抗剪性能进行试验研究，建立复合型PBL承载力计算方法。基于贯穿钢筋弯拉受力模型，推导其抗剪作用表达式，得到PBL孔内应力扩散角对贯穿钢筋抗剪作用的影响规律。设计制作8个PBL推出试件并进行破坏试验，探究柔性套筒壁厚对复合型PBL抗剪刚度、承载能力、延性、破坏模式及孔内钢筋混凝土榫传力机制的影响。研究结果表明：极限状态下，复合型PBL的贯穿钢筋弯拉变形较大，荷载-滑移曲线呈现明显的强化特征，且连接件延性得到显著改善；与无柔性套筒的常规PBL比较，贯穿钢筋周围包裹2 mm壁厚套筒的复合型PBL极限承载力和相应滑移分别提高了40.0%和42.6%；继续增大柔性套筒壁厚，由于孔内混凝土榫的有效剪切面积削弱，且两侧混凝土对贯穿钢筋的局部支撑作用减小，连接件承载力有所降低，但延性得到持续改善。将试验结果与已有常规PBL承载力计算公式进行对比分析表明，以钢筋混凝土榫剪切变形为主的常规PBL承载力计算公式对复合型PBL抗剪承载力计算误差较大，相关公式计算值均小于试验实测值。结合复合型PBL传力机理，给出了考虑混凝土榫剪切作用、贯穿钢筋作用和混凝土板局部支撑作用的PBL承载力计算公式。与试验结果对比发现，所提承载力公式计算值与试验结果吻合良好，可用于复合型PBL抗剪承载力的确定。     

装配式组合梁剪力钉抗剪承载力研究

为给装配式组合梁剪力连接件的设计施工提供参考,针对装配式组合梁中剪力钉的布置特点,考虑荷载作用等级和剪力钉数量的影响,进行纵向荷载作用下剪力钉连接件的抗剪性能和极限承载力试验研究。采用推出试验的方法,设计了2类共24个剪力钉推出试件,考察试件从受载到破坏全过程的抗剪机制,再利用约束混凝土基本力学原理对试件剪力钉核心区的混凝土进行力学分析从而提出其承载力设计算法,并将计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:相对于常规剪力钉试件,同规格装配式剪力钉试件抗剪承载力高20%以上,峰值滑移增加近1倍,混凝土板裂缝扩展不明显;弹性阶段2类试件荷载-滑移规律相差不大,弹-塑性阶段装配式剪力钉试件荷载-滑移曲线的峰值点向上向后移,破坏阶段装配式剪力钉试件的整体性保持较好;计入混凝土约束增强作用后的承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好,且安全富余度满足规范要求。研究显示,剪力钉周围混凝土受到的约束作用对其纵向抗剪承载力和延性的提高有重要贡献。     

贯通钢筋PBL剪力键静动载性能试验研究

为研究钢-混凝土结合段部位PBL剪力键结构的极限抗剪承载力与疲劳性能,依据某大桥钢-混凝土结合段剪力键实际结构,设计并制作了14个PBL剪力键结构推出试件进行静载与疲劳推出试验,分析了其荷载~滑移曲线、疲劳性能及疲劳破坏方式,并拟合得到荷载~滑移曲线计算公式及失效概率为50%与2.3%时的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在静载推出试验中,PBL剪力键结构试件混凝土纵向劈裂破坏,其极限承载力均值为198.11kN;在疲劳试验中,试件混凝土榫破碎,同时贯通钢筋被剪断。     

钢-混结合段的极限承载力研究

采用ABAQUS软件建立精细有限元模型,考虑材料非线性和剪力钉的非线性荷载滑移关系及格室内混凝土的开裂与压碎,对4种不同构造的单格室模型进行非线性全过程分析,研究了3种传力构件(承压板、PBL连接件、剪力钉)的传力比例及共同工作性能,并分析了格室内各构件在加载过程中的破坏顺序及破坏形态。结果表明:4种模型的受力过程和破坏形态各不相同,考虑承压板作用的模型1中腹板的屈服区域随着荷载的增大并未明显扩大,荷载达到17 250 k N时,屈服区域仍较小;当荷载较大时,随着传力构件的减小,滑移量曲线的斜率逐渐趋于竖直;3种传力构件中,承压板的直接承压作用能够有效地提高构件的极限承载力;只有PBL连接件时,各连接件的受力较为均匀。     

钢—混组合箱梁PBL剪力件计算方法研究

为了研究剪力连接件在组合梁中的受力性能及计算方法,首先阐述了连接件在组合梁中主要是用来承受钢筋混凝土翼板与钢梁之间的纵向剪力,严格地说,它还能抵抗翼板与钢梁之间的掀起作用;在钢-混组合箱梁桥结构设计中,钢腹板与混凝土上、下翼板的连接是设计的关键环节,它直接关系到整个组合梁的承载能力;然后总结了普通PBL连接件、Twin-PBL连接件和S-PBL连接件的计算方法。重点对由普通PBL连接件改进的一种新型的PBL连接件的抗剪承载力进行了研究,分析了他们的结构特点和受力特征,为组合梁桥剪力件的设计提供参考。