带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙低周往复加载试验研究

为研究带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙的抗震性能,对1个型钢混凝土组合剪力墙和4个钢芯板混凝土组合剪力墙进行了循环往复加载试验;观察带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙在水平循环荷载下的破坏全过程,并分析该类剪力墙的滞回特征、变形能力、承载能力、耗能性能、刚度和强度退化能力。结果表明:钢芯板混凝土组合剪力墙的破坏模式主要为弯曲型破坏,滞回曲线较为饱满;配置钢芯板的剪力墙承载力、延性性能和耗能能力较优;PBL剪力键的构造方式可保证钢芯板与混凝土之间的黏结性能完好,PBL剪力键平放会导致剪力墙出现沿PBL剪力键的水平通缝,影响剪力墙承载能力的发挥,建议采用PBL剪力键竖放的构造形式。

钢-薄层UHPC组合桥面结构中PBL剪力键抗剪性能试验

为探究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面结构中PBL剪力键的抗剪性能,以抗剪钢板尺寸、贯穿钢筋设置和端部承压状态为试验参数,完成了16个PBL试件的推出试验。结果表明:(1)随着抗剪钢板尺寸的增加,试件由UHPC榫无明显损伤时的钢板剪断破坏转变为UHPC榫局部压碎或整体压碎后的钢板剪断破坏,PBL的极限承载力随之相应提高,但其延性系数无明显变化;(2)贯穿钢筋对PBL承载能力的影响与UHPC榫的损伤状态密切相关,其对PBL抗剪承载能力的提高由榫无明显损伤时的5.3%增加到榫局部压碎时的9.7%和榫整体压碎时的14.9%;(3)对于钢-UHPC组合桥面结构中平行阵列布置的多列PBL,当列间距不小于10倍贯穿钢筋直径或12倍抗剪钢板厚度时,相邻列剪力键间相互作用的影响较小。基于试验结果,提出了适用于组合桥面结构中PBL剪力键的抗剪承载力计算公式,并以本文及其它文献的试验结果验证了其适用性。

栓钉焊接与PBL剪力键对比试验及力学性能研究

对于波形钢腹板-混凝土组合桥梁,剪力连接构件的力学性能是研究重点。文中分别设计栓钉连接剪力键和PBL剪力键两种试件,对其进行单板插入试验,从受力特性、破坏形态等方面比较两种剪力连接件的力学性能。结果表明,栓钉剪力键的破坏形态为脆性破坏,PBL剪力键的破坏形态为延性破坏;PBL剪力键的承载力及延性等与栓钉剪力键相比均显著提升,配置贯穿钢筋的PBL剪力键是一种更好的剪力连接形式。

U型Twin-PBL剪力键极限承载力的数值分析

根据端部承压混凝土可提高Twin-PBL剪力键承载能力的特点,提出一种新型的可用于装配式钢混组合结构的间断式U型Twin-PBL剪力键。通过3组推出试验试件的非线性数值模拟分析,研究了这种新型剪力键的极限承载特点和承载力。结果表明:U型Twin-PBL剪力键极限承载能力较普通承压型Twin-PBL剪力键有显著提高,且提高主要来源于端部混凝土承压面积增大,所以混凝土强度的提高对该剪力键承载能力影响明显,而孔中混凝土榫和贯穿钢筋两部分对承载力贡献无明显变化,故而通过修正端承压混凝土面积得到了这种剪力键承载力计算公式。研究结果为装配式钢-混凝土组合梁桥的间断式剪力键提供了新的思路。

陆上风电预制装配式基础台柱剪力键受力特性研究

作为可再生能源重要组成部分,陆上风电已成为全球主要的电力来源之一。随着风电行业的快速发展,陆上风电的高效、低成本开发面临着新挑战。以新型预制装配式梁板基础为研究对象,通过理论计算及有限元分析,明晰了基础台柱剪力键部分的受力特性。通过美国AASHTO规范、Rombach论文中的建议公式以及修正后AASHTO规范建议公式3种方法的理论计算可知,台柱剪力键受力满足要求,结构设计合理;通过ABAQUS数值模拟可知,基础及台柱剪力键受力均满足强度要求;单块预制基础及单个剪力键的剪力有限元结果均小于理论计算结果,单块预制基础的剪力结果误差为9.51%;基于3种理论计算方法的单个剪力键的剪力值相较于有限元结果分别具有1.47倍、1.07倍、1.44倍的安全储备,平均具有1.32倍的安全储备。

U型Twin-PBL剪力键承载力的推出试验研究

由于端部承压可提高Twin-PBL剪力键承载力,提出了一种新型的间断式U型Twin-PBL剪力键,通过在两片开孔钢板间设置端部钢板,增大了端部承压混凝土面积。以7个试件的推出试验,研究了这种新型剪力键的极限承载力和破坏特征。结果表明:U型Twin-PBL剪力键通过增大端部承压面积有效提高了抗剪承载力和刚度,根据破坏形态、荷载-位移曲线、贯穿钢筋应变-荷载曲线分析,探明了剪力键承载时的传力途径和顺序,加载前期主要由端部承压混凝土提供承载力,发生较大变形后贯穿钢筋和混凝土榫开始承受荷载,混凝土强度对剪力键极限承载力影响明显,而孔中混凝土榫和贯穿钢筋的影响较小。研究结果为装配式钢-混凝土组合梁桥提供了一种新的间断式剪力键的设计思路。

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验

试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响.试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式.螺栓剪力键的抗剪性能随螺栓的直径和螺栓等级的增大而提高;螺栓预紧力仅对初始抗剪刚度有影响;相比于传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求.结合试验结果和国内外规范公式,提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力.

冻融循环作用下节段预制全胶接拼装梁剪力键抗剪承载力研究

为分析冻融循环对节段预制全胶接拼装混凝土梁剪力键抗剪承载力的削弱效应,建立剪力键抗剪承载力计算模型,并进行单调加载和反复加载模型试验验证,采用冻融材料应力~应变关系曲线,对冻融循环次数、冻融后反复加载、正应力水平、键齿数量、键齿尺寸进行抗剪承载力参数影响分析。结果表明:单调加载、冻融后反复加载的剪力键抗剪承载力与冻融循环次数均呈二次抛物线关系;冻融循环次数对剪力键抗剪承载力有较大削弱;冻融循环后再反复加载,剪力键抗剪承载力进一步明显降低。单调加载下,剪力键抗剪承载力和正应力呈线性正相关;剪力键抗剪承载力与键齿数量呈三次抛物线关系,键齿数量超过4个,抗剪承载力随键齿数量增多增长缓慢;剪力键抗剪承载力与键齿尺寸比呈线性正相关。

带约束构造剪力键的插筒式风机基础环的刚度和承载力及影响因素研究

针对插筒式风力发电机基础在长期风荷载作用下出现的界面脱开、周边混凝土被压溃、塔筒周边泛浆以及穿孔钢筋疲劳剪断等问题,提出一种带约束构造剪力键的插筒式风机基础环并进行缩尺模型静载试验,并利用ABAQUS对试验构件进行有限元分析,同时讨论了外包混凝土直径、混凝土基座厚度及基座混凝土强度等级等参数对其承载力和刚度的影响。研究表明:有限元模型与试验吻合较好,外包混凝土直径和混凝土基座厚度对其承载力和刚度的影响较大,基座混凝土强度等级对其的影响较小。

装配式组合梁新型剪力键受力性能试验研究

为解决装配式组合梁剪力键存在的问题,通过在预制混凝土桥面板中预埋栓钉和钢板,再与钢梁翼缘焊接的方式改进剪力键的设计,并对新型栓钉剪力键试件进行推出试验,研究其破坏形态、荷载-滑移曲线、抗剪刚度等。结果表明:试件破坏时栓钉均被剪断,表现出延性破坏;试件的荷载-滑移曲线可以划分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段3个阶段;在相对滑移量约为2 mm时,试件达到极限承载力,随着栓钉数目的增加,栓钉的承载力和抗剪刚度均减小。通过计算可知,该新型栓钉剪力键的承载力能够满足工程设计的需要。

基于双向渐进结构优化算法的预制拼装箱梁剪力键设计研究

为研究单项和多项荷载组合作用下节段预制拼装箱梁接缝处剪力键受力状况,以郑州南四环全预制装配高架桥为背景,采用Abaqus软件和双向渐进结构优化(BESO)算法,建立典型箱梁节段分析模型,研究剪力键在单位轴力、剪力、扭矩、弯矩和不同荷载组合作用下的布置规律。结果表明:轴力作用时剪力键应布置于顶板;剪力作用时剪力键应布置于腹板和底板;扭矩作用时剪力键应布置在顶板、腹板交接处和腹板外侧;横桥向弯矩作用时剪力键应布置于顶板、腹板下侧和底板;竖向弯矩作用时,剪力键应布置于顶板翼缘。轴剪组合作用下,当剪力占比小于50%时,轴力对剪力键布置起控制作用;当剪力占比达95.24%时,剪力对剪力键布置起控制作用。弯剪组合作用下,当剪力占比超过4.76%时,剪力对剪力键布置起控制作用;当剪力占比小于0.50%时,横桥向弯矩对剪力键布置起控制作用。扭剪组合作用下,当剪力占比超过0.10%时,剪力对剪力键布置起控制作用。预制拼装箱梁剪力键布置受荷载类型及荷载组合影响显著,应考虑不同位置剪力键的实际受力状况进行设计。

剪力键对隔震桥梁地震响应影响分析

为了保证隔震桥梁在正常使用状态下的正常工作,需要在摩擦摆支座中设置剪力键,因此有必要研究剪力键对隔震桥梁的影响。以粤东高烈度地区某连续梁桥为背景,建立全桥有限元模型,分析了采用摩擦摆支座的隔震桥梁在E1及E2地震荷载激励下的响应。通过改变摩擦摆支座内剪力键水平承载能力大小,研究了不同剪力键承载能力对隔震桥梁地震响应的影响。研究结果表明,剪力键承载能力对墩底弯矩幅值及墩顶位移幅值影响较大,但对主梁位移幅值及支座幅值影响较小;当剪力键承载能力P与固定支座竖向设计荷载W的比值等于0.08时最优,此时剪力键在E1地震激励下不失效,且在E2地震激励下,对支座减隔震效果影响较小。

沉管隧道管节接头钢剪力键制作及安装工艺

随着我国海底隧道工程建设的快速发展,沉管法海底隧道施工技术得到更多应用。沉管隧道管节接头作为沉管连接的关键部位,也是薄弱部位,管节接头止水与剪力键体系对沉管隧道结构的安全性有重要影响。为高质量完成管节接头施工,保证沉管的安全性,文章通过大连湾海底隧道管节接头钢剪力键施工,总结钢剪力键制作及安装技术的具体操作步骤及施工要点,积累沉管隧道管节接头剪力键施工经验,为后续施工提供参考。

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.

剪力键角度对装配式桥梁接缝抗剪性能影响的有限元分析

为研究不同混凝土强度下剪力键角度对装配式桥梁接缝抗剪承载力的影响,采用有限元软件ABAQUS建立装配式桥梁剪力键的仿真模型,分析装配式桥梁剪力键在直剪情况下的受力状态。结果表明:剪力键角度会影响装配式桥梁接缝的抗剪性能,不同混凝土强度对应最优剪力键角度;角度为45、54、60°的装配式桥梁剪力键试件荷载-竖向位移曲线类似,并且破坏模式相同。

钢箱-砼组合结构带孔加劲肋套箍剪力键群抗剪试验研究

在PBL剪力键的基础上,提出了适用于钢箱-砼组合结构的带孔加劲肋套箍(PBH)剪力键(perfobond hoop,PBH)。在PBH现有单排及多排研究基础上,为更加贴近在结构中的真实受力方式,进一步增加共同受力的剪力键数量,对PBH剪力键群进行了以沿抗剪方向剪力键排数为参数的推出试验,其中排数为3、5、7、9、11共5类试件。试验得到PBH剪力键群的荷载-滑移全过程曲线、承载力、破坏形态及滑移分布规律。其破坏形态为混凝土劈裂破坏及穿孔钢筋受弯屈服;沿高度方向的界面滑移呈现"两端大中间小"的分布规律;PBH群抗剪极限承载力随剪力键排数增加而折减,且排数越多,折减越多。折减效应分析认为,该折减的原因来自于沿抗剪界面的滑移分布不均匀。并由此提出了PBH群承载力折减系数。

S-PC剪力键荷载-滑移规律实验

针对装配式钢箱-预应力混凝土组合连续刚构桥的构造特点,提出通过后浇混凝土使桥面板与钢箱梁联结为一体的S-PC(Steel Box-Prefabricated Concrete Deck)剪力键及其构造型式。设计并完成了5个试件的推出试验,研究了S-PC剪力键的受载行为、荷载-滑移规律、破坏形式和破坏现象,依据试验数据和回归理论,提出加载全过程的荷载-滑移关系公式,并利用有限元软件进行了全截面应力的计算模拟。实验结果、推导公式和计算模拟揭示了S-PC剪力键的传力机制和不同部位及方向的应力分布规律,为这种后浇混凝土的S-PC剪力键的研究和应用打下基础。

剪力键连接预制装配混凝土梁受剪性能数值模拟研究

基于ABAQUS软件建立了预制装配混凝土梁的精细化有限元模型,首先对比了灌浆套筒+剪力键连接、剪力键连接、现浇梁的抗剪性能与承载能力,发现界面性能是影响承载能力的关键,灌浆套筒+剪力键连接的梁承载能力接近于现浇梁。对剪力键形式进行参数分析后发现:剪力键倾斜角对抗剪承载能力的影响较小,d/h比和受剪面积是影响装配式钢筋混凝土梁粘结性能和抗剪能力的主要因素。尤其是剪力键参与受剪的面积,当受剪面积足够大时,预制装配混凝土梁的抗剪性能可等同于现浇,因此设计剪力键时应使剪力键参与受剪的面积足够大,同时尽量使d/h比设计接近1/3。

不同剪力键类型对预制拼装桥墩抗震性能的影响研究

为了研究不同剪力键类型对预制拼装桥墩力学性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS以及相关数值模拟方法,分别建立无剪力键预制拼装桥墩、混凝土剪力键预制拼装桥墩以及钢剪力键预制拼装桥墩3种混凝土桥墩模型。对不同模型采用单调循环加载方式进行拟静力分析,研究结果表明:钢剪力键的预制拼装桥墩结构的耗能性能以及滞回曲线饱满程度,明显优于混凝土剪力键预制拼装桥墩和无剪力键预制拼装桥墩,但其结构的自复位能力,介于无剪力键预制拼装桥墩和混凝土剪力键预制拼装桥墩之间。

基于PBL-栓钉组合剪力键的钢-UHPC组合桁式拱桥节点拉拔性能研究

为研究概念设计的1000 m钢-UHPC组合桁式拱桥新结构中拱肋-腹杆节点构造形式、UHPC强度对节点拉拔性能的影响,及新型PBL-栓钉组合剪力键应用于拱肋-腹杆节点的有效性,设计制作缩尺比为1∶5的4种采用不同剪力键形式(1对PBL剪力键+2排栓钉、2对PBL剪力键+3排栓钉、2对PBL剪力键、3排栓钉)的拱肋-腹杆节点模型进行拉拔试验,并进行缩尺、足尺模型有限元分析。试验和缩尺有限元分析结果表明:采用PBL-栓钉组合剪力键、仅采用PBL剪力键、仅采用栓钉的拉拔试件的破坏模式分别为UHPC拱肋剪切破坏、锚固区UHPC拔出、栓钉拉断;采用PBL-栓钉组合剪力键的试件最大安全系数为2.43,满足设计要求。根据足尺有限元模型结果,采用PBL-栓钉组合剪力键的拱肋-腹杆节点总用钢量少,拉拔性能好,设计合理;UHPC的抗压强度对节点的拉拔性能影响不大;适当提高UHPC的抗拉强度可提高节点的拉拔极限承载力。