装配式箱梁剪力键的足尺试验

介绍了3种不同情形剪力键在美国俄亥俄州的装配式箱梁中的应用，与箱梁相关的一个问题是剪力键开裂。对3种剪力键进行试验，提出了各种办法来防止剪力键开裂。     

嵌入式波形钢板剪力键推出试验及数值分析

为探究波形钢板剪力键的抗剪性能和破坏机理，设计了开孔和无孔2类波形钢板剪力键试件，进行推出试验研究。测试了试件的抗剪刚度、抗剪承载力、加载过程及破坏模态，随后采用有限元软件对试验全过程进行模拟，并开展波形钢板剪力键构造参数分析，探讨了混凝土强度、钢板厚度和高度的影响。根据试验和有限元分析结果，提出了波形钢板剪力键承载力计算公式。研究结果表明：波形钢板剪力键具有较高的抗剪承载力和良好的延性，当荷载-滑移曲线进入水平段后，仍能承受较大的相对变形，同时保持承载力不降低。无孔类剪力键依靠倾斜钢板材料的屈服来传递剪力，抗剪承载能力较高；开孔类剪力键主要通过倾斜钢板传递剪力，贯通钢筋和混凝土榫也能发挥一定的抗剪作用。剪力键开孔及设置贯通钢筋能增强混凝土板的整体性，开孔类剪力键试件的裂缝分布范围更大。试件破坏时，波形钢板剪力键发生明显变形，钢材达到极限强度，材料的利用效率高；波形钢板厚度、波形钢板高度和混凝土强度均是影响波形钢板剪力键抗剪承载力的关键因素，设计时需综合考虑并进行合理匹配，以便充分发挥各材料的性能；提出的波形钢板剪力键承载力计算公式与试验测试结果吻合较好。     

小砂沟大桥大孔径PBL剪力键试验研究

为研究组合梁桥中钢腹板与混凝土顶、底板连接部位处的不同类型剪力键的力学性能,以小砂沟大桥为背景,共设计A(圆形开孔剪力键)、B(倒梯形开孔剪力键)、C(角钢剪力键)3类10组,共计30个试件,采用推出试验及有限元分析相结合的方法,分析了A、B、C 3类剪力键的荷载~滑移曲线特征及力学性能,将3类剪力键的荷载~滑移曲线特征及承载能力的有限元分析结果与试验结果进行对比。结果表明:由剪力键的荷载~滑移曲线特征可知,A、C 2类剪力键的力学性能相似,表现出较好的延性性能,B类剪力键的塑性段的发展过程较短,其延性性能较A、C 2类差;A类剪力键基于大孔径混凝土榫的力学性能优于小孔径混凝土榫的力学性能,且两者的破坏机理不同;由仿真分析与试验结果对比可得,3类剪力键荷载~滑移曲线在弹性阶段吻合较好,在塑性阶段偏差稍大。     

装配式箱梁剪力键的足尺试验

介绍了3种不同情形剪力键在美国俄亥俄州的装配式箱梁中的应用,与箱梁相关的一个问题是剪力键开裂.对3种剪力键进行试验,提出了各种办法来防止剪力键开裂.     

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。     

桥塔钢-混凝土结合段剪力键破坏机理及极限承载力

为了研究和开发可用于桥塔钢-混凝土结合段的新型剪力键,针对传统的推出试验无法得出剪力键真实承载力的问题,采用新的试验方法对包括栓钉和两种新型剪力键在内的3大类7个子类共31个试件进行了破坏试验研究。根据试验结果,对各类剪力键的破坏机理进行了研究,并对其极限承载力进行了定量分析,建立了各类剪力键极限承载力的统一计算公式。通过与试验值的对比可知:该公式计算结果与试验值吻合良好,可为新型剪力键的设计和应用提供依据。     

沉管隧道管节接头剪切破坏试验

为了研究沉管隧道最薄弱的环节-接头的受力特点和破坏机制,根据实际沉管隧道接头形式开展了1：4大比例尺的沉管隧道接头低周往复加载拟静力试验。试验模型由2节钢筋混凝土管节组成,接头主要由钢筋混凝土剪力键和橡胶填塞垫构成,为贴近实际工程结构反应,试验模型采用与实际工程相同强度的钢筋和商品混凝土。利用顶杆位移计和拉线位移计等传感器得到了试验模型在循环剪切荷载作用下的接头破坏机理,并分别从沉管隧道试验模型的荷载-位移滞回曲线、接头抗剪承载力、接头与管段刚度比3个方面对试验结构进行了分析。试验结果表明：橡胶填充垫对沉管隧道接头具有缓冲保护作用;低周往复荷载下沉管隧道接头主要经历橡胶垫弹性变形、橡胶垫与剪力键协同作用及剪力键塑性变形3个阶段;接头总抗剪承载力为674 kN（3个单键的抗剪承载力分别为417,320,417 kN）,接头抗剪能力并不是单个剪力键承载力的线性叠加,需考虑剪力键之间的协同作用;接头与管节的剪切刚度有效比为1/960~1/672,接头是抗震的薄弱环节,在受到地震荷载时,变形主要集中在接头部位,并主要由接头处剪力键承担;接头的破坏模式主要体现在剪力键凸榫的端部剪裂及其失效后接头的不可恢复性变形。     

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。     

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。     

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。     

配置PBL剪力键钢-UHPC组合桥面板纵向受拉性能的试验及分析

为明确剪力键类型对钢-超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)组合桥面板负弯矩区纵向受力性能的影响,设计制作了2个钢-UHPC组合桥面板局部足尺模型试件并对其进行了受拉静载试验。利用有限元软件ABAQUS对受拉试验进行有限元分析,用经试验验证的有限元模型,探讨了开孔钢板厚度、PBL剪力键数量和配筋率对组合板纵向受力性能的影响。结果表明：采用PBL键的组合板钢,UHPC层之间无明显滑移;相比配置栓钉的组合板试件,配置PBL剪力键的组合板试件抗裂性能略有提高,但试件开裂后的刚度显著提升,初裂强度提高3.6%,裂缝宽度0.05 mm时的名义抗拉强度增加了3.3%,开裂后的刚度可提高52.7%;钢-UHPC组合桥面板纵向受力性能主要受配筋率的影响,PBL剪力键间距和开孔钢板厚度的影响较小。     

剪扭复合作用下节段预制拼装桥干接缝剪力键抗剪性能试验研究

为研究剪扭复合作用对干接缝单键齿剪力键抗剪性能的影响,考虑偏载距、正应力水平以及键齿宽高比3种影响因素,设计、制作10组干接缝单键齿剪力键试件进行纯剪试验及剪扭复合试验,分析试件的开裂荷载、极限荷载及破坏形态等.结果表明:干接缝单键齿剪力键抗剪强度随扭矩增大而减小,与受纯剪作用试件相比,当偏载距分别为100 m m和2...     

PBL剪力键承载能力试验研究

为研究灌注材料与钢板的粘结作用力、孔内榫作用力、贯穿钢筋作用力对PBL剪力键承载力的影响,以某混合梁斜拉桥的钢-混结合段剪力键实际结构为依托,分别以C55混凝土和活性粉末混凝土为灌注材料,设计制作了16个PBL剪力键试件进行单板插入式加载试验,分析了试件的荷载~相对位移曲线、破坏形态及各组成部分占总承载力的比重。结果表明:各试验试件均为传剪构件剪断破坏,在承载力及延性方面,采用RPC作为灌注材料的试件均优于采用C55混凝土作为灌注材料的试件;设置贯穿钢筋后,PBL剪力键的承载力及延性性能均有明显的提高;灌注材料与钢板的粘结作用力、孔内榫作用力、贯穿钢筋作用力分别约占PBL剪力键总承载力的20%、40%、40%。     

沉管隧道新型剪力杆组合结构的抗剪应用研究

为了提高节段接头施工效率和沉管隧道预制化水平,改善现有节段接头连接方案存在的接头截面利用率低、中埋式止水带安装困难、工效低和剪力键浇筑质量差等突出问题,提出以新型钢剪力杆组合结构替代传统剪力键的节段接头连接方案。通过开展剪力杆组合结构单杆、多杆剪切试验,测量剪切荷载、接头相对错动、钢套筒应变和钢筋应力,研究其抗剪性能。以大连湾海底沉管隧道工程为依托,基于材料塑性损伤本构模型,考虑节段接头的细部构造,根据剪力杆组合结构剪切试验对数值仿真方法的有效性进行验证。利用数值模拟研究了节段接头水平向、竖直向剪切,绕横轴、竖轴弯曲的变形规律和破坏特征,进一步建立三维仿真模型,研究剪力杆组合结构在大连湾海底沉管隧道工程中的工作情况。研究结果表明：剪力杆组合结构的失效由剪力杆的剪断破坏控制,破坏延性特征明显。剪力杆破坏荷载-位移关系可以分为弹性、塑性加强和塑性破坏3个阶段。接头存在间隙时,剪力杆组合结构破坏屈服特征明显。剪切试验数值结果与现场试验结果吻合良好。节段接头数值试验揭示,在剪切、弯曲作用下接头破坏过程较为复杂,且均呈现出阶段性特征。基于接头损伤分析,提出了节段接头位移安全评价指标。对控制工况下...     

异形剪力键桥面板湿接缝抗剪承载力试验研究

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键.采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进行对比.结果表明:相比传统桥面板湿接缝试件,带异形剪力键桥面板湿接缝试件的混凝土材料性能发挥更充分;...     

UHPC模壳-RC叠合盖梁受力性能试验

由于整体预制RC盖梁对起重和运输设备要求高,而分段预制盖梁的拼接缝容易发生渗水且在节段分界面上纵筋不能连续传力,因此提出一种在UHPC模壳内部现浇混凝土的半预制叠合盖梁。开展带剪力键和不带剪力键的2个UHPC模壳-RC叠合盖梁和1个现浇RC盖梁对比试件的静力试验,并通过有限元模型分析了结合面黏结程度对叠合盖梁受力性能和破坏模式的影响规律。研究结果表明：UHPC模壳-RC叠合盖梁的破坏模式与现浇RC盖梁一致,均为剪压破坏;不带剪力键的叠合盖梁开裂荷载和极限承载力分别比现浇RC盖梁提高了42.1%和13.8%,同时可以有效降低裂缝宽度的扩展,但叠合盖梁存在界面脱开,核心混凝土拱起和UHPC模壳竖向开裂等现象;剪力键可以增大交界面黏结程度,有效减小最大裂缝宽度和交界面裂缝宽度的扩展速度,其交界面开裂荷载和极限承载力比不带剪力键的叠合盖梁提高50.0%和12.1%;理想界面黏结状态下,UHPC模壳可以达到极限压应变,材料性能得到充分发挥,说明UHPC模壳可以完全参与整体受力,但极限承载力仅比带剪力键叠合盖梁提高8.8%。以上结果说明,带剪力键的UHPC模壳-RC叠合盖梁具有良好的截面黏结强度和整体受力性能,可以推荐实际工程使用。     

节段预制桥梁胶接缝配筋剪力键剪切性能试验

针对节段预制桥梁胶接缝设计普遍采用剪力键作为连接形式,制作3组共计16个匹配预制的胶接缝剪力键试件,考虑剪力键键齿齿目、键齿配筋形式以及是否配有体内束3种因素,进行直剪试验研究,以得到这些因素对胶接缝的开裂荷载、极限荷载、变形、裂缝开展模式以及最终的破坏模式的影响规律。研究结果表明：与素混凝土键齿胶接缝相比,三键齿配筋的胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高4.52%,双键齿配筋胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高8.73%,而布置体内束的胶接缝剪力键的抗剪承载能力提高率能达到18.6%,远大于键齿配筋;剪力键键齿配筋和布置体内束可以明显提高剪力键破坏时的延性,降低开裂荷载与极限荷载的比值,改变开裂形式;键齿处配筋使得剪力键的破坏形式从原来的素混凝土键齿根部脆性破坏变为键齿配筋处的保护层脱落破坏;布置体内束,键齿中的裂缝增多,尤其是斜裂缝发展更加充分和密集。为了方便预测胶接缝剪力键的抗剪承载能力,根据胶接缝的传力机理,依据莫尔-库仑摩擦破坏准则,并结合AASHTO规范与Buyukozturk的试验研究成果,提出了预测胶接缝配筋剪力键直剪承载力的抗剪承载力计算公式,同时将分析结果与试验结果进行对比,吻合良好。     

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型建立方法

新型的钢桁-混凝土组合连续刚构桥(Prefabricated Steel Truss-concrete(PSTC)Composite Continuous Rigid Frame Bridge)采用全装配式施工,并通过焊接预埋于混凝土桥道板内的剪力联结钢构件,将预制混凝土桥道板与钢桁联结为一体,无需预留剪力键后浇孔洞和现浇预制桥道板间湿接缝。为探索一套适用于装配式钢桁-混凝土连续刚构桥的非线性动力模型建立方法,掌握全桥动力计算中的新型装配式栓钉剪力键(PCSS剪力键)、预制混凝土桥道板、拼接缝及桥墩的非线性模拟方法,基于前期已经开展的PCSS剪力键推出试验和精细化有限元分析,建立了钢桁-混凝土组合连续刚构桥中2 m节段PCSS剪力键的实体有限元模型,得到了顺桥向、竖向以及横桥向的荷载-滑移曲线、刚度及承载能力,并作为非线性弹簧单元的特征值代入全桥计算模型;借用动力分析中的P-M-M塑性铰模拟了预制混凝土桥道板间接缝可能出现的开裂,并利用Ucfyber程序计算塑性铰的P-M参数,代入有限元程序中计算得到P-M-M塑性铰特征值;利用以上方法,建立了l=386 m装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型,得到了该桥的动力特性。研究成果为后续研究该桥型的动力性能或抗震响应奠定了基础,亦可供同类装配式桥梁参考。     

新型焊接抗剪连接件试验研究与实桥计算分析

采用静力推出试验,研究钢与UHPC(Ultra-high Performance Concrete)间新型钢筋网局部焊接抗剪连接件的静力性能。通过4个不同界面处理(有无界面粘结)的静力推出试验,测得焊接抗剪件的荷载-滑移曲线和抗剪承载力,试验结果表明焊接抗剪件极限承载力高,单个焊接抗剪件的抗剪承载力平均值达99.25 kN;钢-UHPC界面粘结对抗剪承载力无显著影响;以某大桥为工程背景,初步研究不同连接件布置方式对焊接抗剪件受力性能影响。计算结果表明随着布置间距增大,焊接抗剪件承担剪力增加,但剪力峰值仍处于较低水平;采用300 mm×400 mm(横桥向×纵桥向)焊接抗剪连接件的布置方式可满足界面静力与疲劳抗剪设计要求。     

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。