组合桥面板切应力分布规律及横向剪力钉布置

根据组合桥面板截面的切应力、剪力流分布规律,在混凝土板和钢顶板完全连接的条件下,理论推导出混凝土板和钢顶板的剪力流承担比例,证明组合桥面板层间纵向剪力小于采用组合梁公式得到的计算值.层间完全连接和通过弹簧单元模拟剪力钉离散连接开展的有限元计算均支持这一观点,验证了组合桥面板截面的竖向剪力主要由腹板承担的观点的正确性.探究横向上剪力钉的布置方式.结果表明,组合桥面板应沿横向全宽布置剪力钉,在腹板两侧进行加密,腹板正上方不宜布设剪力钉.

基于有限元的钢混组合梁施工阶段局部剪力钉受力性能分析

为了解钢混组合梁施工阶段的受力性能,以沁河特大桥主桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立主桥模型,对完整施工阶段进行模拟,分析全过程结构内力,进而确定组合梁受力最不利工况;采用Abaqus软件对组合梁进行局部精细化模型建立,分析钢混界面处剪力钉在最不利工况下的受力性能。结果表明:边跨(第一跨、第五跨)存在最大正弯矩,在二期铺装阶段完成后第五跨跨中正弯矩达到139 488 kN·m, 2-3跨合龙后,第一跨跨中正弯矩达到117 502 kN·m;应力在梁截面横向分配不均匀,二期铺装阶段剪力钉出现最大剪力43.8 kN,小于容许值50.1 kN,在施工阶段组合梁钢混界面剪力钉受力安全。

预制装配式组合剪力钉试验研究

为研究预制装配式组合剪力钉（PCSS）的抗剪性能,考虑剪力钉布置形式、剪力钉个数、钢与混凝土界面粘结对抗剪性能的影响,设计制作了9组试件（8组PCSS试件和1组常规剪力钉试件）,采用MTS 5000kN试验机进行推出试验,分析试件的破坏形式、极限承载力、滑移性能和抗剪刚度。结果表明,与常规剪力钉相比,PCSS试件的极限承载力较高,其破坏形态为延性破坏;剪力钉越多,PCSS试件的承载力越高,但PCSS试件的荷载～滑移曲线的趋势不受剪力钉个数的影响;钢与混凝土界面的粘结程度越高,PCSS试件的抗剪承载力和抗剪刚度也越大。建议不考虑界面粘结对承载力的提高作用,以钢与混凝土界面全光滑粘结试验值作为设计依据,提高结构安全储备。

钢-混组合梁剪力钉抗剪性能试验研究

为研究钢-普通混凝土与钢-钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪强度及破坏形式,根据某实际钢-混组合桥梁结构,设计2种钢-混组合梁剪力钉试件进行极限抗剪强度推出试验,根据试验结果拟合试件荷载～滑移曲线,并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行比较分析。结果表明:钢-钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪承载力较钢-普通混凝土组合梁剪力钉高约16%;其极限承载力对应的滑移值约为钢-普通混凝土组合梁剪力钉的2～2.5倍;钢-钢纤维混凝土组合梁破坏特征为剪力钉全部被剪断,钢-普通混凝土组合梁破坏特征为混凝土被压裂。由各公式得到的试件抗剪承载力均偏于保守。

火灾作用下剪力钉抗拔性能研究

为研究钢-混组合梁中剪力钉在不同温度场下的抗拔破坏模态和承载力,以某铁路桥钢-混组合梁为基础设计剪力钉试件,采用Abaqus软件建立试件有限元模型,分析剪力钉试件在双面受火、混凝土单面受火和钢板单面受火3种形式下的抗拔破坏模态、荷载~位移曲线和承载力,并根据承载力结果拟合不同温度下剪力钉的抗拔承载力计算公式。结果表明:钢-混组合梁在常温下和混凝土单面受火时,其受拉破坏模态为混凝土脆性破坏、剪力钉被整体拉出;在双面受火约10min后,其受拉破坏模态变为剪力钉的延性断裂;钢-混组合梁双面受火时,剪力钉的抗拔承载力在短时间内就会受温度影响急剧下降,30min后下降速度变慢,受火15,30,180min时,其抗拔承载力比常温时分别下降33.2%、59.1%、79.1%;混凝土单面受火时,剪力钉的抗拔承载力随受火时间下降较慢,受火180min时,其抗拔承载力比常温时下降10.2%。

剪力钉力学性能试验研究与数值分析

剪力钉是目前国内外最广泛应用于组合结构的剪力连接件,其性能直接影响到钢-混凝土组合结构的承载力和各项力学性能.针对组合结构中常用的直径22mm剪力钉设计并制作了6个推出试验模型并进行了推出试验,研究分析了推出试件中单枚剪力钉的受力性能、荷载-滑移规律和破坏机理,得出了单枚直径22mm剪力钉的抗剪承载力.通过剪力钉推出试验和数值仿真分析相互验证的方式,找出了合理的钢-混凝土界面及剪力钉的模拟方法,准确地模拟了剪力钉推出试验.

混合梁斜拉桥结合段剪力钉受力机理研究

探讨了混合结构钢-混凝土界面的模拟以及剪力钉受力的计算方法.用接触来模拟钢-混凝土界面,利用罚函数法模拟钢与混凝土的脱开、滑移及摩擦等,采用梁单元模拟剪力钉,并对剪力钉进行分段建模.以剪力钉推出试验结果为依据,通过大型有限元软件,对舟山桃夭门大桥钢-混凝土结合段进行分析,得出其底板、腹板和顶板的滑移量分布情况,以及滑移量随荷载的变化规律。

剪力钉刚度对曲线钢-混凝土箱形结合梁桥结构性能的影响

采用有限元软件ANSYS对剪力钉推出试验进行了仿真分析,得出了与真实试验结果非常接近的荷载-滑移曲线,因而可用于实桥分析;在SAP2000软件中用弹簧单元模拟剪力钉,其刚度采用仿真推出试验所得值,对一实桥结构进行三维空间建模分析,得出在一些荷载作用下的结构响应,以比较考虑混凝土与钢箱界面滑移与否对曲线钢-混凝土箱形结合梁桥部分结构性能的影响。结果表明:剪力钉刚度变化对于桥面板纵向应力影响较大,但对钢箱底板纵向应力、挠度及桥梁横向位移影响较小;曲线钢-混凝土结合梁桥剪力钉内力分布非常复杂,远非能用解析式或简化方法得出;必须采用有限元分析法或其他严密的方法对曲线钢-混凝土结合梁桥进行研究。

装配式组合梁剪力钉滑移性能研究

根据装配式钢-混凝土组合梁桥道板快速安装的工程需求,设计了水平布置的装配式组合梁剪力钉。为了研究装配式组合梁剪力钉的滑移性能,进行两类共24个试件的推出试验。试验结果对比表明,与常规竖向布置剪力钉相比,装配式组合梁剪力钉的峰值荷载更大、滑移有更明显的稳定平台、结构延性更好,有利于装配式组合梁的推广应用。根据试件荷载-滑移曲线的特征,首次提出含下降段的剪力钉荷载-滑移本构方程,从而为装配式组合梁全桥精确模拟研究提供借鉴。

装配式组合梁剪力钉抗剪刚度研究

根据装配式钢-混凝土组合梁桥道板快速安装的工程需求,提出水平布置的装配式剪力钉。为了研究装配式剪力钉的抗剪刚度问题,进行推出试验。为选定合适的抗剪刚度公式,论述了国内、外常规剪力钉抗剪刚度计算方法的适用性和优缺点,并根据试验结果对现有抗剪刚度计算公式进行了分类。分析两类试件的抗剪刚度,发现:与常规剪力钉相比,装配式剪力钉的抗剪刚度均较大,正常使用极限状态下二者的抗剪刚度相差最明显。最后引入剪力钉抗剪刚度退化率的概念,用以分析组合构件在荷载作用下不同阶段的抗剪刚度变化特性。

多跨系杆拱桥组合梁剪力钉受力性能分析

通过推出试验确定剪力钉荷载滑移曲线得到剪力钉的刚度取值,进而建立了考虑钢与混凝土之间相对滑移的某三跨连续下承式系杆拱桥有限元分析模型.分析了在温度作用和车辆荷载作用下剪力钉的受力情况,利用增量方法分析了恒载效应随着混凝土的收缩徐变的时间发展历程.分析结果表明,局部温差作用对剪力钉的受力影响较大,端横梁处剪力钉的受力较中横梁处剪力钉受力要大;由于收缩徐变的作用,随着时间发展恒载引起的剪力钉受力相比于成桥时有所减少.

剪力钉刚度对组合梁斜拉桥受力性能的影响研究

结合某斜拉桥实际工程,建立了考虑界面粘结滑移的有限元仿真模型,分别研究了不同剪力钉刚度对组合梁斜拉桥界面滑移、挠度、应力应变特性以及极限承载能力的影响.结果表明:剪力钉刚度对组合梁界面滑移值以及桥梁竖向挠度均有影响,界面滑移值和桥梁的竖向挠度均随着剪力钉刚度的减小而增大,当界面无剪力钉时,其跨中挠度增幅达22.2%.应变沿梁高的分布规律偏离平截面假定的程度随着剪力钉刚度的减小而增大,随着剪力钉刚度的减小,组合梁截面中和轴下移,将导致混凝土出现受拉的情况.剪力钉刚度对组合梁斜拉桥的极限承载能力影响较大,当混凝土板和钢梁界面无剪力钉时,结构的活载系数和整体安全系数减小约一半.

结合梁剪力钉布置形式研究

为提高结合梁桥桥面板的整体性,并方便施工,对剪力钉集束式(在钢梁腹板的上翼缘每隔一定距离布置1束剪力钉群,各钉群之间留有相应宽度无钉区)布置形式进行研究。通过建立结合梁结构的有限元模型,分别计算恒载、车辆偏载作用下,集束式和均布式(钢梁上翼缘均匀、等间距的剪力钉布置形式)桥面板和剪力钉的滑移量、钢梁的应力、钢梁底板位移等。研究结果表明:剪力钉集束式布置具有桥面板整体性好,施工工序简单等特点;在荷载作用下,剪力钉采用集束式布置能够保证钢梁和混凝土桥面板之间有效传力;汽车偏载作用下,集束式布置也可以保证钢梁与混凝土桥面板之间的有效结合,不会发生桥面板上掀现象。

钢-混凝土组合结构中密集型剪力钉群的受力状态

通过非线性有限元分析，研究了钢-混凝土组合结构中密集型剪力钉群的受力状态，分析了各剪刀钉所承受的剪刀的不均匀程度与某些因素的关系．

有轨电车钢-混组合曲线梁桥剪力钉受力分析

武汉市东湖创新示范区有轨电车T2实验线工程,跨武黄高速公路段采用三跨钢-混组合曲线连续梁桥,曲率半径为150 m,钢箱梁与桥面板采用均布式剪力钉连接.由于桥梁呈小曲线半径,曲线段桥面板受弯扭复合作用,剪力钉不仅受顺桥向剪力作用,同时也承受横桥向剪力,剪力钉受力十分复杂,因此,研究钢-混组合曲线梁桥剪力钉受力特性是十分必要的.文中采用ABAQUS有限元软件,通过弹簧单元Springs/Dashpots模拟剪力钉、实体单元C3D8模拟混凝土桥面板、壳单元S4R模拟钢箱梁,桁架单元T3D2模拟预应力筋,建立了全桥精细化空间有限元模型,研究四种工况组合下桥梁剪力钉空间受力特性.结果表明,在四种工况作用下桥梁剪力钉顺桥向剪力,在边跨跨中、 D6和D7支点附近最大,最大值为61.38 kN;剪力钉横桥向最大值在D7墩附近,为23.33 kN;与直线段相比,桥梁曲线段剪力钉存在明显的横桥向作用,在弯扭复合作用下,剪力钉受力复杂;在四种工况作用下最大剪应力为66.3 kN,小于剪力钉抗剪强度,满足规范要求.

斜拉桥索塔锚固区剪力钉受力机理试验研究

济宁市梁济运河大桥索塔锚固采用钢锚箱结构,钢锚箱四面均通过剪力钉与塔壁混凝土连接,受力较为复杂,通过制作实桥索塔锚固结构第8节段1∶1节段模型,并施加与该节段斜拉索索力大小及方向一致的荷载进行试验,测试剪力钉的应力。试验结果表明,剪力钉结构能够达到传递剪力的目的,且具有足够的安全储备。锚固区端板剪力钉应力沿竖向表现为上、下小,中间大,索孔以上小,索孔以下大;侧板为上部较小,下部较大。侧板端部剪力钉纵向应力相对较大,中部较小。远离锚固面中线侧剪力钉横向应力相对较大,靠近锚固面中线侧较小。

港珠澳大桥集束式剪力钉钢-混组合连续梁施工技术

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥采用85m钢-混组合连续梁桥形式,组合梁采用单箱单室等高连续梁,由开口钢箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉连接而成,剪力钉采用集束式布置,桥面板在剪力钉处设置预留槽。钢箱梁采用"无马"焊接成整孔大节段,整孔打砂和涂装;混凝土桥面板采用整体式台座模板预制,施工缝采用洗毛工艺施工;按钢箱梁预拼时的预拱度线形进行钢箱梁与混凝土桥面预制板组合,采用高弹性防腐橡胶条和环氧砂浆材料进行密封和粘接;组合梁采用大型运架一体船进行整孔运输、逐孔安装架设;钢箱梁接口在墩顶进行配切和对接焊接,完成简支变连续体系转换。

剪力钉集束式与均布式布置下钢-混组合梁桥受力分析

本文针对港珠澳大桥6×85 m组合连续梁桥开展受力性能分析,采用Beam188梁单元模拟剪力钉、Solid45实体单元模拟混凝土桥面板、Shell163壳单元模拟钢箱梁,在最不利边跨建立了精细的空间有限元模型(按剪力钉的实际数量建立梁单元),采用生死单元法模拟港珠澳大桥的实际施工过程,即大节段整体吊装、简支变连续、支点顶升与回落、支点纵向预应力张拉以及二期恒载的全过程。按照剪力钉集束式布置和剪力钉均布式布置两种方式,分别计算了钢-混组合梁桥受力性能和剪力钉的受力状况。计算结果表明:两种布置形式下组合梁挠度、混凝土桥面板和钢梁应力基本相同;组合荷载工况下集束式与均布式布置剪力钉最大纵向剪力分别为64.49 kN和67.98 kN,最大拉拔力分别为45.44 kN和43.67 kN,都满足正常使用要求,为钢-混组合梁桥剪力钉集束式布置提供分析依据。

钢锚箱竖向应力分布及剪力钉受力分析

近年来在大跨径斜拉桥建设中,混凝土索塔钢锚箱锚固方式得到了广泛应用,钢锚箱通过剪力钉和塔壁混凝土相连,斜拉索直接锚固在钢锚箱上。本文在考虑剪力钉多种剪切柔度的基础上对钢锚箱竖向应力分布及剪力钉竖向受力进行分析,并用简化方法对剪力钉横向水平受力进行了分析。

剪力钉推出试验受力机理研究

剪力钉在钢-混凝土组合结构中传递剪力,调节钢与混凝土结构的受力分布,广泛应用于桥梁、高层建筑领域。由于计算和测试手段不足,以往对剪力钉受力机理的分析还仅限于对推出试验结果中的滑移量和破坏形式进行分析,规范中对剪力钉承载力的规定基本为以推出试验结果为主的经验公式。利用有限元软件通过合理的建模,对推出试件中剪力钉的细观应力场进行分析,结合推出试验结果,对剪力钉的受力机理进行细致分析。同时,通过变化参数对影响剪力钉性能的因素进行分析。