混杂纤维混凝土螺栓剪力键疲劳性能

针对目前钢筋混凝土桥面板在车载反复作用下易开裂,以及焊钉剪力键锚固在混凝土中使得劣化桥面板难以更换问题,提出一种新型混杂纤维混凝土(HFRC)螺栓剪力键。为研究混杂纤维混凝土螺栓剪力键在疲劳荷载作用下的疲劳性能,设计4个推出试件(2个HFRC试件,2个普通混凝土(NC)试件)分别进行静载推出试验和疲劳推出试验;应用有限元ABAQUS,引入HFRC的本构关系以及螺栓孔与螺杆间隙的影响,建立HFRC螺栓剪力键基准有限元模型,将基准有限元模型计算结果导入疲劳分析软件FE-SAFE进行疲劳分析,并通过试验验证了其可行性;再应用有限元ABAQUS和疲劳分析软件FE-SAFE分析纤维、螺栓直径、混凝土强度等参数对HFRC螺栓剪力键疲劳寿命的影响,并对疲劳分析软件FE-SAFE计算结果进行非线性回归拟合。研究结果表明:掺入纤维后可以提高螺栓剪力键的承载力、初始刚度和疲劳寿命;静载破坏模式均为螺栓被剪断,在疲劳荷载作用下HFRC和NC推出试件破坏特征不同,HFRC试件为螺栓剪断,NC试件是混凝土板破坏;随着荷载幅值的增加,螺栓剪力键疲劳寿命减小;随着纤维掺入,螺栓直径增大以及混凝土强度的增加,螺栓剪力键疲劳寿命均增加。提出的HFRC螺栓剪力键疲劳寿命计算方法可为HFRC螺栓剪力键设计提供参考。

混杂纤维混凝土螺栓剪力键试验

为研究混杂纤维混凝土螺栓剪力键的极限承载力、滑移特性及破坏模式,设计3组10个推出试件进行试验研究,分析纤维、螺栓直径、螺栓孔径比等对混杂纤维混凝土螺栓剪力键的承载力、螺栓拉力、破坏模式及荷载-滑移特性的影响。试验结果表明:增大螺栓直径,可以明显提高螺栓剪力键的承载力,其中Φ22直径螺栓较Φ16,Φ19的螺栓的承载力分别提高了1.83倍、1.39倍;孔径比越小,螺栓剪力键的承载力和初始刚度越大,极限滑移量明显增加;随着混凝土强度降低,螺栓剪力键极限承载力和初始刚度明显降低,滑移量则有所增加;掺入纤维后可以提高螺栓剪力键的承载力和初始刚度,对极限滑移量改善不明显;钢混界面黏结力提高后,剪力键的初始刚度有所增加,承载力和滑移量则明显减少。最后,在试验结果的基础上,通过拟合方法提出了钢-混杂纤维混凝土螺栓剪力键承载力计算公式和荷载-滑移曲线公式,为其设计提供参考。