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。     

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。     

PBL剪力连接件抗力分项系数计算研究

为了便于钢-混组合结构PBL剪力连接件设计,结合大量试验数据与作用统计参数,考虑规范规定车辆荷载与超载车辆荷载,采用JC算法逆运算求解PBL剪力连接件承载力抗力分项系数。首先根据国内外文献资料,统计PBL剪力连接件承载力的试验数据、作用统计参数与其组成材料的力学性能统计参数,采用误差传递公式计算出PBL剪力连接件抗剪承载力的均值比与变异系数;然后运用JC算法的逆运算求解抗力分项系数,得到PBL剪力连接件承载能力极限状态设计表达式。结果表明：对于恒载与汽车荷载作用下的PBL剪力连接件抗剪承载能力抗力分项系数,规范规定的车辆荷载作用下建议取1.1,超载车辆荷载作用下建议取3.24,该成果可以应用于PBL剪力连接件承载力极限状态设计。     

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。     

装配式钢-UHPC组合梁群钉连接件受力性能研究

为研究装配式钢-UHPC组合梁中群钉连接件在不同应力状态下的结构性能,开展了三组群钉连接件的推出试验和两组拉剪试验,考虑栓钉间距、高径比和拉剪比对UHPC中群钉连接件破坏形态、承载能力和延性的影响,提出UHPC中群钉连接件荷载-滑移关系表达式。结果表明：推出试验和拉剪试验的破坏模式均为栓钉被剪断;剪切荷载下,减小栓钉间距会降低群钉连接件的承载力和延性,栓钉高径比对极限承载力和相对滑移的影响较小,短栓钉在UHPC中仍能发挥其抗剪性能,建议群钉连接件中栓钉间距不小于4倍栓钉直径,UHPC板中群钉连接件采用弹性理论进行设计。拉剪荷载下,拉剪比为0.17时拉力作用对群钉连接件受力性能影响可忽略,拉剪比为0.27时拉力作用明显削弱了UHPC板中群钉连接件的承载能力和延性。提出的荷载-相对滑移关系的计算模型能够准确的描述UHPC板中群钉连接件的行为。     

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。     

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。     

FRP开孔板连接件界面剪切性能研究

为研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)开孔板连接件与混凝土的界面剪切性能,对3组不同开孔个数的FRP开孔板与混凝土连接件进行了拔出试验,基于试验数据建立了有限元模型,进一步研究了开孔直径对界面剪切性能的影响。对比分析了试验结果和数值模拟结果,提出并验证了FRP开孔板界面抗剪极限承载力计算公式。结果表明：增大开孔个数和开孔直径可有效提高界面的抗剪能力;简化公式的计算结果与试验和模拟结果吻合较好。     

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。     

盾构隧道环向快速连接件力学性能试验研究

15 m级的大直径公路盾构隧道与10 m级超深覆土高内水压作用下的排水调蓄盾构隧洞对接头有高承载力的要求，为此开发新型环向快速连接件。该连接件具有拼装时间短、无需人工拧紧、拼装完成后的隧道真圆度高、管片错台与张开量小、防水性能高的优点。为研究连接件的结构形式、材料性能、连接件与锚筋之间的连接、连接件与混凝土管片之间力的传递，以650 mm厚的管片为原型，开展接头抗拉物理试验，并采用数值模拟的方法实现试验值与计算值的对比分析。主要结论如下： 1）本次试验所采用的铸铁连接件屈服承载能力为512 kN，满足试验指标要求。弹性阶段的承载力为400 kN，极限承载力为645 kN，可以应用于指导盾构隧道的设计。2）试验破坏发生在连接件本体部位，锚筋与连接件之间的连接设计合理可靠。试验终止时，4根锚筋的最大应力值为348 MPa，达到HRB400锚筋抗拉屈服强度的87%，接近其抗拉强度设计值360 MPa。3）连接件在轴心拉力作用下，其本体与锚筋的受力是不均匀的，在连接件设计中应考虑这种不均匀性，进行合理的优化设计。     

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。     

考虑疲劳损伤的栓钉连接件抗剪承载力研究

针对钢-混凝土组合梁桥在结合面处承受反复剪力作用的栓钉连接件极限承载力降低现象进行了试验研究。基于考虑构件初始缺陷影响的断裂力学方法,建立了栓钉连接件疲劳寿命分析模型,并通过试验数据确定了模型参数,提出了栓钉连接件残余抗剪承载力与等幅循环荷载加载次数关系的计算方法,采用此计算方法对不同的影响因素进行了参数分析。研究结果表明:栓钉直径越大,其抗剪承载力退化程度越大;栓钉初始缺陷率大于0.1且剪应力幅值大于100MPa时,其抗剪承载力降低速度很快,在工程设计中须加以控制。     

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。     

T形开孔肋连接件的极限承载力计算及影响因素分析

为了得到T形开孔肋连接件的极限承载力及其影响因素,设计、制作了15组不同的T形开孔肋连接件试件共计45个,进行了极限承载力和破坏形式测试试验,分析了不同因素对T形开孔肋连接件承载力和破坏形式的影响;并根据试验结果建立了可以用于T形开孔肋极限承载力的计算公式.研究结果表明:T形开孔肋连接件抗剪承载力大、延性好;T形开孔肋的厚度、开孔大小和混凝土的强度对T形开孔肋连接件承载力影响较为显著;T形开孔肋的腹板高度、翼缘的数量、贯穿钢筋的直径和T形开孔肋的翼缘长度对其承载力有一定的影响;研究结果可为T形开孔肋的设计和应用提供依据.     

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。     

开孔板连接件抗剪性能试验研究

开孔板连接件是用于钢与混凝土结合的新型连接件,具有很大的抗剪刚度、强度及抗疲劳性能。对开孔板连接件分别处于正立、侧立、倒立,及其有无贯通钢筋进行抗剪性能试验研究,得到设置贯通钢筋可以大幅度提高抗剪承载力和延性,所处受力状态不同对抗剪刚度和使用阶段承载力影响较大,但对极限承载力影响并不明显等结果。     

高强钢-混凝土组合梁极限承载力有限元分析

钢-混凝土组合梁是利用钢材受拉性能好,混凝土受压性能好的特点,将两种材料通过连接件结合成整体而共同受力的一种新型结构。它兼有钢结构和钢筋混凝土结构的优点,具有显著的技术经济和社会效益。为研究高强钢-混凝土组合梁中结构几何参数及材料强度对组合梁极限承载力的影响,建立了12根高强组合梁在跨中两点对称荷载作用下的有限元数值计算模型,对其极限承载力进行了分析。分析结果表明组合梁几何参数(包括混凝土翼板宽度和厚度)和材料强度(包括混凝土强度和钢梁的强度)对组合梁的极限承载力有较大影响。     

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。     

新型槽钢连接件基本力学性能试验研究

为了研究和开发适用于钢-混凝土组合结构简便且实用的新型抗剪连接件,提出了一种新型连接件——新型槽钢连接件。设计、制作了3组不同类型的剪力连接件共9个,分别为新型槽钢连接件、角钢连接件和开孔钢板连接件,完成了极限承载力试验,并对试验结果进行了比较和分析。试验结果表明:新型槽钢连接件具有优越的力学性能,因其抗剪面积比较大,其极限承载力明显比角钢连接件和开孔钢板连接件高,且混凝土与连接件界面的相对滑移量比较小。最后运用有限元及公式对试验试件的极限承载力进行计算分析,并与试验结果进行了对比,结果吻合较好。     

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。