预制钢-UHPC组合梁中橡胶-短栓钉剪力件的抗剪性能试验研究

为了探究钢-UHPC组合梁中橡胶-短栓钉剪力件的抗剪性能,试验设计并制作了10个推出试件,研究橡胶套筒尺寸和加载制度对其抗剪性能的影响规律。试验结果表明:试件以栓钉剪断为主要破坏形式,并伴随栓钉附近局部混凝土压碎。橡胶套筒厚度对剪力件的抗剪承载力影响较小,橡胶套筒厚度为2mm的组合剪力件承载力为普通剪力件的94%。随着橡胶套筒厚度的增加,剪力件的抗剪刚度随之下降,最小为普通剪力件的87%;相对滑移则随着厚度增加而增加,最大为普通剪力件的142%。而随着橡胶套筒的高度增加,剪力件的抗剪承载力随之减少,橡胶套筒高度为50mm的组合剪力件承载力为普通剪力件的89%;随着橡胶套筒高度的增加,剪力件的抗剪刚度随之下降,最小为普通剪力件的75%;相对滑移则随着高度的增加而增加,最大为普通剪力件的137%。

循环荷载下单面外包混凝土剪力墙栓钉剪力需求

钢板外包混凝土组合剪力墙(C-PSW/CE)由钢板和外包在钢板两侧或一侧的混凝土板组成,两者通过栓钉形成整体,栓钉可协调两者在平面内外的变形,针对C-PSW/CE栓钉剪力需求的研究较少。利用有限元模拟结果,分析了2%层间侧移内强度劣化低于15%的钢板单面外包混凝土C-PSW/CE各组件在循环荷载下的响应。分析了钢板厚度、混凝土板厚度、栓钉间距、栓钉直径及墙板高宽比对栓钉剪力的影响。在钢板弹性阶段,单个栓钉的最大剪力受栓钉间距、混凝土板厚的影响较小;当栓钉间距不变时,随着栓钉直径或钢板厚度的增大,栓钉最大剪力增大;单个栓钉最大剪力与墙板高宽比关联较大。根据36个算例的有限元模拟结果,提出了强震下钢板单面外包混凝土C-PSW/CE栓钉剪力需求预估公式。

钢–混组合梁桥单钉剪力连接件抗剪性能研究

为研究单个栓钉剪力连接件在实际工程当中应用时的剪切性能,以某地区在建波形钢腹板钢–混组合梁桥为工程背景进行抗剪性能研究,采用有限元建模的方法,在钢箱梁与混凝土板的连接部位建立局部模型,结合实际工程进行栓钉连接件的仿真推出试验,并将荷载位移曲线结果与经典理论曲线进行对比,结果吻合度高,验证了建模的正确性。在此基础上,探究钢材强度、混凝土强度、栓钉直径、栓钉长度对栓钉抗剪性能的影响,研究发现,随着增强不同因素,对于栓钉抗剪承载力有不同程度的增加,其中栓钉直径对抗剪承载力影响最大,栓钉长度对抗剪承载力影响最小。

高温下栓钉剪力连接件抗剪性能试验

为研究高温下栓钉的抗剪性能,对24个栓钉推出试件进行了高温下推出试验.试验考虑了平板、压型钢板肋与钢梁垂直和压型钢板肋与钢梁平行三种混凝土板型式,考察了栓钉在不同温度下不同混凝土板型式中的受力特点和破坏模式.试验结果表明:平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件均为焊缝上侧栓钉剪断破坏,而压型钢板肋与钢梁垂直的试件在温度较低时为混凝土拔出破坏,温度较高时转为栓钉剪断破坏.另外,三种混凝土板型式中栓钉的抗剪承载力和刚度均随温度的升高而降低,且平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件中栓钉的承载力比压型钢板肋与钢梁垂直的试件中栓钉要高.通过对试验数据的拟合,提出了高温下栓钉抗剪承载力的计算公式.

高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。

苏通大桥索塔栓钉剪力连接件的力学性能试验

利用剪力钉将钢锚箱和混凝土塔壁结合形成的一种新型锚固形式开始用于大跨度斜拉桥中.结合苏通大桥工程,进行了4组12个试件不同水平压力下的剪力钉性能试验,试验结果表明,随着压力的增大,剪力钉的极限承载力增加,苏通大桥索塔中,预压力对剪力钉极限承载力影响最大为9.3%.利用3个试件进行了剪力钉基本力学性能的标准推出试验,得到苏通大桥索塔剪力钉的极限抗剪强度、屈服抗剪强度、容许抗剪强度、抗剪刚度等基本力学指标,并将其与国内外其他计算方法进行了比较.

钢-UHPC组合结构中栓钉剪力键力学性能研究

为深入研究栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的力学特性及破坏形态,对8个栓钉剪力键试件进行了推出试验,详细探讨了混凝土类型、栓钉直径及长度对栓钉剪力键极限抗剪承载力的影响规律;基于有限元模型,进一步分析栓钉的极限抗拉强度、直径、长径比及混凝土强度对抗剪性能的影响,并详细研究栓钉直径、长度及混凝土强度对栓钉剪应力有效分布长度的影响。结果表明:栓钉根部附近的剪切断裂是主要的破坏形式;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;栓钉剪应力在根部出现峰值,并沿钉帽方向迅速衰减;栓钉直径对剪应力有效分布长度影响显著。最后,根据试验结果提出了栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好,可为工程设计提供一定的参考价值。

组合箱梁的栓钉剪力连接件的受力性能分析

为验证有限元分析方法研究栓钉剪力连接件受力性能的可行性和准确性,首先介绍了栓钉剪力连接件的受力机理;其次应用有限元软件ANSYS建立了某大桥组合箱梁的栓钉剪力连接件的实体模型;最后基于有限元模型,对影响栓钉剪力连接件抗剪承载力的混凝土强度等级、栓钉的直径、栓钉的长度、栓钉的材料强度、是否设置贯穿钢筋等5个相关参数进行相应的分析.通过将其计算结果与经验公式进行对比分析,得到了栓钉连接件极限抗剪承载力的建议公式,为以后的实际应用和设计计算提供参考.

钢-UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件试验研究

为深入研究钢-超高性能混凝土(UHPC)界面栓钉与PBL混合剪力连接件的抗剪性能,提出实用的计算方法指导工程设计应用,基于实际工程背景,设计了6组共12个模型试件并进行了推出试验.试验结果表明:1)UHPC中栓钉剪力连接件、PBL剪力连接件、栓钉与PBL混合剪力连接件的荷载-滑移曲线具有相似的曲线特征,均可分为弹性、塑性损伤及破坏三个阶段.2)在正常使用阶段,混合剪力连接件中栓钉与PBL共同承受荷载,其分担荷载比例与各自刚度成正比.针对UHPC中栓钉及PBL的抗剪性能进行理论分析,分别提出了UHPC中栓钉以及PBL的荷载-滑移全曲线实用经验公式、抗剪承载力计算式及抗剪刚度建议取值方法等.分析栓钉与PBL混合剪力连接件中各部分受力分配情况,在荷载按刚度分配原理基础上,提出了UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件的荷载-滑移全曲线实用经验公式.最后利用本文提出的UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件实用公式对实桥墩柱进行验算表明,抗剪安全系数为2.17,剪切滑移量为0.04 mm,符合实际工程承载极限状态及正常使用状态的要求.本文提出了栓钉与PBL混合剪力连接件的计算方法,为其工程应用奠定了基础.

钢板单面外包混凝土组合剪力墙栓钉剪力需求

钢板外包混凝土组合剪力墙由钢板双面或单面外包钢筋混凝土板及栓钉构成,是一种新型的抗侧力构件。混凝土板主要为钢板提供侧向约束,使钢板剪切屈服先于屈曲,栓钉除了起组合作用还要传递钢板与混凝土板间的剪力。采用有限元分析了28个钢板单面外包混凝土组合剪力墙算例栓钉的剪力需求。考察了墙板在单调侧向荷载作用下栓钉剪力的发展变化,栓钉直径、钢板厚度、混凝土板厚度和栓钉数量对最大栓钉剪力的影响。基于有限元计算结果的拟合,分析了组合剪力墙中钢板与混凝土板抗侧承载力贡献,栓钉群剪力的分布,提出了钢板单面外包混凝土板组合剪力墙设计中栓钉剪力需求计算公式。

不同高宽比单面外包混凝土组合剪力墙栓钉剪力需求

钢板外包混凝土组合剪力墙(C-SPW)是一种新型抗侧力构件,为研究C-SPW在不同高宽比下C-SPW的剪力需求。应用ABAQUS软件,对32个钢板单面外包混凝土C-SPW进行了单调水平荷载下的弹塑性有限元模拟,分析了墙板高宽比、钢板厚度、混凝土板厚、栓钉直径、钢板强度等级对栓钉剪力的影响规律。基于有限元模拟结果,拟合了具有一定安全储备的单面外包混凝土C-SPW栓钉剪力需求计算公式。

不同高宽比钢板双面外包混凝土组合剪力墙栓钉剪力需求

对钢板双面外包混凝土组合剪力墙(C-SPW)的栓钉剪力需求进行了研究。设计了不同墙板高宽比的28个有限元算例,采用ABQUS建立了C-SPW有限元模型,对其施加单调水平荷载,分析了各组件的受力、相互作用机理;分析了墙板高宽比、钢板厚度、混凝土板厚、栓钉直径对C-SPW抗剪承载力、栓钉剪力的影响。根据有限元模拟结果,提出了栓钉剪力需求计算公式。

一种全装配式栓钉剪力键抗剪性能的对比试验及机理分析

为了考察全装配式栓钉剪力键(PCSS)的抗剪性能,完成了PCSS与带T肋混凝土板的常规栓钉剪力键对比推出试验,并且与已有的常规平板剪力键推出试验结果进行了对比研究。研究结果表明:PCSS的抗剪刚度与常规T肋剪力键的抗剪刚度相比提高了8%,与同直径常规平板剪力键的抗剪刚度相比提高了27%;PCSS的抗剪承载力与常规T肋剪力键的抗剪承载力相比提高了27%,比同直径常规平板剪力键的抗剪承载力相比提高了9%。此外,通过建立2种不同摩擦界面的PCSS有限元分析模型,对比分析了不同摩擦的竖钢板-混凝土界面对剪力键抗剪性能的影响,揭示了两侧竖钢板对PCSS抗剪性能的影响规律。

斜拉桥锚固区栓钉剪力键力学特性研究

针对栓钉剪力键用于斜拉桥索塔锚固区连接部位时的应力应变特性,以中部横梁均匀加载为思路,建立局部试验模型,以栓钉剪力键的极限承载力为依据,设计加载方案,通过试验获取栓钉的应变随荷载变化的基本特征,并分析了破坏机理。结果表明:中部加载使模型两侧剪力键受力均匀,设计更为合理;栓钉剪力键的剪应力以加载梁为中心向两侧逐渐降低;高度方向,第7排栓钉受力最大,长度方向,单钉根部受到的剪力最大,应作为控制截面;破坏时,栓钉弯曲变形,根部发生45°剪切破坏,混凝土局部产生裂缝或压碎破坏。

钢板-混凝土组合剪力墙栓钉剪力研究

为了研究钢板-混凝土组合剪力墙栓钉剪力需求,文中结合现有研究成果分析了侧向荷载下栓钉的受剪机理及剪力分布规律,提出了栓钉群剪切刚度理论计算方法;根据刚度分配原则得到单个栓钉剪力理论计算公式。通过拟合理论公式与现有有限元计算结果比值,提出了精度较高的栓钉剪力计算公式。

装配式组合梁新型栓钉剪力键的传力机理研究

剪力键是钢混组合结构的研究重点,常用的剪力键形式有栓钉剪力键、开孔钢板连接件(PBL剪力键)、型钢剪力键等。本文以适用于装配式组合梁的新型栓钉剪力键为研究对象,进行推出试验,利用试验结果来验证有限元分析的可靠性,并借助有限元的精细化分析,研究该新型栓钉剪力键的传力机理,对其在钢混组合结构中的应用提供重要的参考。

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。

钢-混凝土组合梁栓钉、槽钢连接件破坏分析

运用ANSYS有限元软件对钢-混凝土组合梁剪力连接件进行分析。分析了栓钉连接件钢-混凝土组合梁和槽钢剪力连接件的组合梁以及栓钉剪力连接件和周边混凝土的应力,通过组合梁各部分应力云图确定出组合梁抗剪连接件破坏机理。

栓钉剪力连接件力学性能分析

从栓钉剪力连接件受力机理与破坏模式分析出发,基于弹塑性地基中横向荷载作用下的单桩理论,建立栓钉剪力连接件的挠曲线微分方程。根据栓钉剪力连接件各阶段的受力特点,引入边界条件,对栓钉剪力连接件的挠曲线微分进行了求解分析,提出了栓钉剪力连接件的抗剪承载力、剪切刚度、弹性阶段末端的滑移值等的计算公式,建立了栓钉剪力连接件荷载-滑移的三折线本构模型,该模型具有数学形式简单且物理意义明确等特点。算例分析表明:栓钉剪力连接件抗剪承载力值、剪切刚度值、弹性末端滑移值、极限滑移值计算值分别为85.44kN,64.92 kN/mm、0.64 mm、6.13 mm,计算值与试验值吻合较好;栓钉剪力连接件的三折线荷载-滑移关系曲线与Buttry与Ollgaard拟合的全曲线式荷载-滑移曲线较接近,且与栓钉剪力连接件的试验荷载滑移曲线吻合较好。

钢-UHPC组合结构新型剪力件的抗剪性能

为了解决钢-UHPC组合桥面板因UHPC层较薄导致剪力件高度受限、施工难度大、抗剪强度和刚度不足等问题,提出弧形钢筋、栓钉+弧形钢筋2种新型剪力连接方式.考虑剪力件直径的影响,设计7组共14个推出试件,通过与栓钉剪力件对比分析,研究剪力件的抗剪性能及承载力.结果表明:3种剪力件的破坏形态及破坏机理、荷载−滑移曲线变化规律区别明显.弧形钢筋剪力件的延性和刚度均优于另外2种剪力件,且与直径呈线性关系.基于线性回归分析,给出考虑栓钉周围楔形块对栓钉剪力件抗剪贡献的承载力计算公式、考虑弧形钢筋和其内部UHPC共同抗剪的承载力计算经验公式,计算结果与试验值较吻合.