结合梁栓钉的极限承载力的试验研究

为了为我国某公铁两用桁梁结合梁大桥确定栓钉规格、栓钉承载力设计值,本文通过大量试验,研究了国产φ22、φ25和φ13检钉(14 MnNbq母材、C50混凝土)的p-u曲线、按极限承载力以及混凝土配筋率、栓钉间距、反复加载、卸载对栓钉极限承载力的影响.     

混凝土受拉状态下钢—混凝土组合结构中栓钉的承载力的研究

现有的国内外组合结构规范对混凝土受压状态下铨钉的静、动承载力都有规定（尽管具体数值差别较大），而且还规定了测栓钉承载力的试验方法，但对于混凝土受拉状态下的栓钉既没有规定承载力，也没有规定承载力测试方法。为此，作者提出了在混凝土受拉状态下，进行栓钉的承载力试验的反向推出试验方法；对在φ22栓钉不同排列的C50混凝土不同配筋率情况下，5组18个试件的栓钉刚度和承载力等问题进行了试验研究，并与标准推出试验（混凝土受压）得到的φ22栓钉的试验结果进行了比较。成果已应用于秦沈客运专线。     

铁路桥梁群钉组合结构极限承载力和静力行为分析

针对我国铁路桥梁中应用的钢—混凝土组合结构,根据推出试验结果,采用最小二乘非线性拟合得到C 50混凝土中13和22栓钉的荷载—滑移关系式。通过群钉组合结构极限承载力试验,并结合所提出的群钉组合结构有限元模拟方法,研究钉群平均极限承载力的折减、钉群受力分布及其影响因素。研究结果表明:在群钉组合结构中,钉群平均极限承载力较单钉极限承载力有较大程度的折减,最多达到18%;钉群受力具有明显的不均匀性,由上到下呈马鞍形分布,随着荷载的增加,栓钉受力发生重分布,接近极限荷载时,各栓钉受力基本均匀。栓钉刚度、加载方式等都是钉群受力不均匀性的主要影响因素。栓钉刚度越大,钉群平均承载力折减越多。加载方式对群钉组合结构极限承载力基本没有影响,但在荷载较小时对钉群受力不均匀程度的影响较大,而随着荷载的增加,其影响逐渐减小。有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了所提出的群钉组合结构有限元模拟方法正确、可行。     

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。     

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。     

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.     

混凝土受拉状态下钢-混凝土组合结构中栓钉的承载力的研究

现有的国内外组合结构规范对混凝土受压状态下栓钉的静、动承载力都有规定(尽管具体数值差别较大),而且还规定了测栓钉承载力的试验方法,但对于混凝土受拉状态下的栓钉既没有规定承载力,也没有规定承载力测试方法.为此,作者提出了在混凝土受拉状态下,进行栓钉的承载力试验的反向推出试验方法;对在22栓钉不同排列的C50混凝土不同配筋率情况下,5组18个试件的栓钉刚度和承载力等问题进行了试验研究,并与标准推出试验(混凝土受压)得到的22栓钉的试验结果进行了比较.成果已应用于秦沈客运专线.     

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...     

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%。     

钢管混凝土腹杆组合箱梁侧立栓钉连接件的抗剪承载力分析

连接件作为钢-混组合结构的组成部分,是组合结构能否共同受力的重要影响因素。本文建立侧立栓钉连接件有限元数值模型,研究混凝土的强度及栓钉直径、间距、高度等参数对侧立栓钉连接件抗剪承载力的影响,同时结合有关规范提出多参数下侧立栓钉连接件抗剪承载力的建议公式。结合算例试算结果表明,本文的建议公式、规范公式、数值模拟的计算结果吻合较好。     

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...     

加速锈蚀钢-混凝土组合梁的性能试验研究

通过恒电流加速模拟试验,研究了钢材锈蚀对钢-混凝土组合梁的耐久性影响规律;通过对试验结果的回归分析,得到了栓钉锈蚀后钢-混凝土组合梁抗弯承载力的计算公式。试验结果表明:随着通电时间的增大,栓钉的锈蚀率增大,组合梁的承载力降低;当通电量相同时,末刷防锈漆试件中的钢梁的锈蚀增加,栓钉的锈蚀降低,其承载力较高;随着栓钉锈蚀率的增大,梁刚度降低,在荷载作用下,梁的相对滑移变大。     

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。     

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。     

预应力钢-混凝土组合梁的疲劳性能

分析和总结７φ５钢绞线和栓钉连接件的疲劳试验成果，建议相应的疲劳强度取值；进行了两片简支和两片连续预应力钢－混凝土组合梁的疲劳试验，分析不同预应力大小和顺序、不同材料混凝土类型和强度的Ⅱ类截面预应力组合梁疲劳性能，得出若干有价值的结论。     

考虑栓钉作用的摩擦摆支座隔震桥梁地震响应研究

为研究摩擦摆支座几何参数及栓钉抗力对隔震桥梁地震响应的影响,建立栓钉剪断前后的摩擦摆隔震桥梁的修正动力平衡方程。以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,进行非线性时程分析,研究摩擦摆支座曲率半径、摩擦因数及栓钉抗力等因素对桥梁地震响应的影响。研究结果表明:在纵向地震动激励下,随着曲率半径的增大,主墩墩底弯矩逐渐减小。而摩擦因数的增大导致墩底最大弯矩和墩顶最大位移不断增大。当栓钉抗力小于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移保持恒定;当栓钉抗力大于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移不断增大,说明抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内。     

基于增量加载法的隧洞上方地基承载力研究

运用DP系列屈服准则,采用有限差分法求得隧洞地基的极限承载力与潜在滑动面.定义了隧洞地基围岩的局部稳定系数,通过求解局部稳定系数,给出了围岩的稳定范围,对隧洞地基加载前的地层加固提供参考.研究结果表明:极限承载力随剪胀角的增大呈现出先增大后减小的规律,且在剪胀角等于3φ/4时取得极大值,在剪胀角等于摩擦角φ时取得极小值.     

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。     

芜湖长江大桥箱形压杆稳定性试验研究

使用切割法对芜湖长江大桥板厚44mm及40mm的箱形压杆焊接残余应力进行了实测，给出了残余应力沿板厚和板宽方向分布的规律及加颈肋对残余应力分布的影响。在实测基础上，根据统计原理拟合了用于理论计算的厚板焊制箱形压杆的残余应力分布图式，采用数值积分法，编制了压杆极限承载力的有限元计算程序，分别考虑初偏心，残余应力等初始缺陷及加劲肋等因素的影响，对厚板焊制箱形压杆的极限承载力进行了分析[研究，计算结果表明：随着长细比λ的增加，杆件逐渐由压屈特性表现为压溃特性；残余应力及初偏心对工程常用构件的极限承载力有较大影响，残余应力可使稳定系数φ值降低近20％，芜湖桥箱形压杆的加劲肋对φ值影响不明显，其主要作用在于增强构件的局部稳定。     

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%。