钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别研究

为研究曲率模态差指标(D)和柔度曲率变化率指标(R)的损伤识别方法在钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别上的可行性,采用有限元软件MIDAS建立钢-混凝土组合梁模型,通过有限元软件对钢-混凝土组合梁不同损伤程度的剪力连接件进行模拟分析。分析结果表明:在简支梁情况下两种方法各有优劣,在连续梁情况下模态曲率差指标(D)识别效果更好。

混合梁斜拉桥钢混结合段剪力连接件受力特性分析

以某大跨混合梁斜拉桥钢混结合段为研究背景,通过ABAQUS有限元软件建立钢混结合段模型,分析最不利轴力荷载工况作用下和最不利弯矩工况作用下钢混结合段剪力连接件受力特性。研究结果表明:在最不利轴力荷载工况和最不利弯矩荷载工况作用下,钢混结合段剪力连接件的承载能力满足设计要求,且腹板和加劲肋处PBL剪力连接件可有效抑制该处钢混界面间相对滑移。

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。

移动荷载下钢-混组合梁桥剪力连接件受力分析

为了分析双工字钢-混组合连续梁桥剪力连接件在移动荷载作用下的受力特性,本文将剪力连接件简化为沿桥梁纵向放置的弹簧单元,用弹簧单元的轴力代替剪力连接件的剪力,采用ANSYS软件建立车桥耦合振动系统,其中车桥之间采用点面接触模型,利用Newmark-β法求解车桥耦合模型,并用现场试验验证了模型的正确性,同时对不同车重、车速、路面不平度和车数下各剪力连接件的受力特性进行了研究。结果表明:采用弹簧单元模拟简化的剪力连接件可以有效的计算桥梁不同位置剪力连接件的受力特性,且不同位置处的剪力连接件受力状态不同,行车因素对剪力连接件受力特性也有较大影响。

栓钉剪力连接件传力机理与有效受力长度研究

为研究栓钉剪力连接件受力机理及其在不同强度混凝土中的有效受力长度,进行不同长度栓钉剪力连接件推出试验和精细化有限元参数分析。基于精细化数值模型,分析栓钉及其周围混凝土受力机理,得到栓钉周围混凝土主应力迹线,揭示混凝土力流传递路径。研究结果表明:栓钉受力分为弹性和塑性两个阶段,混凝土强度不变时,栓钉长度变化对栓钉抗剪性能影响较小。基于应力分布规律,栓钉周围混凝土分为三个受力区域,即栓帽上方受压拔区、栓帽下方受拔区和栓钉根部下方受压区。栓钉有效受力长度随混凝土抗压强度增加而减小。以直径19 mm栓钉为例,当混凝土抗压强度为20、30、40和50 MPa时,栓钉有效受力长度为4.42d(d为栓钉直径)、4.00d、3.68d和3.42d。

抗拔栓钉剪力连接件配筋方案研究

为探究抗拔栓钉剪力连接件的合理钢筋配置,采用有限元的建模分析和试验验证。结论是:(1)抗拔栓钉剪力连接件模型的抗拔承载力随着配筋率的增加而上升,在无筋、少筋、适筋和超筋情况下分别会出现混凝土截面拉裂、混凝土冲切破坏、栓钉剪断三种破坏形态;(2)抗拔栓钉剪力连接件模型中主要受力筋为核心区内的纵筋,可将其视为核心区轴向受拉来进行设计。当核心区的钢筋计算承载力大于栓钉破坏荷载时,能够保证抗拔栓钉剪力连接件发生栓钉剪断的破坏形态。

钢-混凝土组合梁剪力连接件模拟方法研究

文中分析了钢-混组合梁不同构件的模拟方法,采用有限元软件ABAQUS建立钢-混凝土组合梁有限元模型,运用数值模拟对不同类型剪力连接件进行分析,并与试验结果进行对比验证。研究结果表明,组合梁的剪力连接件单元的弹簧刚度的选取应分为三个方向,在剪力连接件较多的情况下,采用弹簧单元模拟的栓钉连接件后,其结果与文献中推出试验实测值、实体单元模拟值的吻合程度较高。

PBL剪力连接件群传力机理研究(Ⅰ)——理论模型

在混合桥塔、混合梁以及混合拱等新型组合结构中,需通过剪力连接件群在有限长度的钢-混凝土连接段内实现较大的荷载传递。该类结构对于设计理念、分析理论与计算方法提出新挑战,同时也对剪力连接件本身提出更高要求。根据PBL剪力连接件的受力特性,基于钢构件与混凝土构件的层间相对滑移和各层剪力连接件所承担荷载之间的关系,建立PBL剪力连接件群的荷载-滑移变形协调理论模型。以该理论模型为基础,提出PBL剪力连接件群的荷载-滑移变形协调计算方法。理论及试验研究表明,所建立的理论模型能够反映PBL剪力连接件群的力学行为本质;所提出的计算方法具有物理意义明确、求解简便、计算效率高、便于应用等特点。该理论和方法为PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力研究奠定了理论及方法基础。

PBL剪力连接件抗剪承载力计算方法研究

【目的】客观验证PBL剪力连接件的抗剪承载力计算公式的适用性和准确性。【方法】介绍木-混凝土组合梁和PBL剪力连接件研究现状,并从中选取5个具有代表意义的抗剪承载力计算公式,采用控制变量法对比分析不同的计算公式中混凝土立方体抗压强度和开孔钢板的开孔直径参数对剪力连接件极限承载力的作用规律,并优化组合梁的设计参数。【结果】结果表明:中国《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)、胡建华和郑双杰提出的抗剪承载力计算公式得出的计算结果准确率较高。【结论】本研究围绕影响PBL剪力连接件抗剪承载力计算公式的因素,从而得出通用性较好的抗剪承载力计算公式,其成果将为现代木-混凝土组合梁桥的设计及PBL剪力连接件的设计优化提供参考。

PBL剪力连接器的承载机理与屈服荷载

为了研究PBL剪力连接器的变形特征,通过4类9组共33个试件的加载试验,测试了外加荷载和PBL连接器变形,结合试件破坏形态,揭示了PBL剪力连接器在加载全过程的承载机理,探明了影响PBL连接器变形性能的主要因素.在此基础上,提出了PBL连接器屈服荷载的定义及计算公式.研究结果表明:PBL连接器的工作可分为拟弹性、弹塑性和屈服3个阶段;混凝土榫的剪断,导致PBL连接件屈服,屈服滑移量为1.2 mm;在弹性、弹塑性阶段由混凝土榫和钢筋共同承载;在屈服阶段,主要由芯棒钢筋承载;芯棒钢筋直径和强度、混凝土榫的直径是影响变形性能的主要因素,芯棒钢筋直径不宜小于16 mm.

PBL剪力连接件力学性能研究进展

介绍了PBL剪力连接件(PBL shear connectors)的各种常见形式及其国内外的主要应用实例;从连接件的试验方法、破坏形态、极限承载力的影响因素和计算公式以及疲劳性能几个方面系统阐述了近年来国内外PBL剪力连接件的试验研究进展,其中重点阐述了连接件的极限承载力研究现状;并介绍了国内研究的一些新型PBL剪力连接件;最后,对今后PBL剪力连接件的进一步研究工作提出了建议。

部分剪力连接钢—砼简支组合梁变形计算

由于组合梁交界面滑移的存在,随着剪力连接程度的降低,部分剪力连接钢—砼组合梁变形会显著增加,精确计算也变得非常困难和复杂。本文在曲率微分方程和滑移应变微分方程的基础上,采用两种不同的方法,建立了精确计算部分剪力连接钢—砼简支组合梁变形的一般公式,得出了部分剪力连接简支组合梁的变形和附加变形与剪力连接程度系数之间的关系与规律,公式简单、实用。对其它类型的部分剪力连接组合梁变形分析也具有很高的指导意义。

部分剪力连接钢-混凝土简支组合梁的滑移性能分析

对受均布荷载作用的部分剪力连接钢 -混凝土简支组合梁的滑移性能———滑移应变、滑移及曲率进行了理论分析 ,得出它们的分布规律以及它们与剪力连接程度系数之间的关系。结果与结构在弹性阶段的试验结果吻合良好 ,与有限元法的分析结果一致。

部分剪力连接钢—混凝土组合梁曲率的理论分析

本文对受均布荷载作用的部分剪力连接的简支钢—混凝土组合梁的在考虑滑移效应情况下的的梁的曲率分布及其与剪力连接程度系数之间的关系 .结果与结构在弹性阶段的实验相当吻合 。

PBL剪力连接件的疲劳试验与分析

为了研究PBL(Perfobond Leiste)这种新型剪力连接件的抗疲劳性能,基于深圳南山大桥剪力连接件的尺寸和要求,设计并制作了6个PBL剪力连接件的推出试件进行疲劳试验.试验在MTS815机器上进行,采用常幅正弦波荷载,加载频率为3Hz,试验应力比为0.1.通过对试件进行常幅荷载的循环加载,观察试件中钢与混凝土块的相对滑移、连接件的破坏模式、疲劳寿命以及应变的特征等.试验结果表明:主要开裂方向为连接件底部斜向下呈45°,裂缝的宽度同裂缝与竖向的夹角成反比;疲劳荷载作用时,PBL连接件的抗疲劳性能良好,孔径越大试件的疲劳寿命越长;试验从一定程度上说明腹板越厚和疲劳荷载幅值越小,滑移量的增长速度越慢,同时孔径越大和疲劳幅值越小,滑移量的增长速度也越慢.

部分剪力连接钢-混凝土组合梁变形计算的组合系数法

为准确计算部分剪力连接组合梁在考虑滑移效应时的挠度,在对组合梁变形计算的既有方法进行综合评述的基础上,提出了新的计算方法——组合系数法.采用应力等效的简化方法,分别推导了无剪力连接和完全剪力连接组合梁的组合系数,并采用插值方法建立了部分剪力连接组合梁的组合系数.利用该法进行了大量算例的计算,计算结果与理论解析方法和试验结果吻合良好.组合系数法不需要进行换算截面的计算,而且将无剪力连接、部分剪力连接和完全剪力连接组合梁的计算方法统一起来.组合系数法形式简单,物理意义明确,计算结果能够满足工程精度要求.

PBL剪力连接件群传力机理研究Ⅱ:极限承载力

以PBL剪力连接件群传力机理试验模型为研究对象,采用所建立的荷载-滑移变形协调理论模型及其求解方法对PBL剪力连接件群的传力机理及其极限承载力进行研究。通过与试验结果及三维非线性仿真分析结果的对比进一步验证求解方法的有效性。对PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力的系统研究表明:其荷载传递过程实质上是外荷载作用下钢构件、混凝土构件及各层PBL剪力连接件的刚度、变形及荷载的协调过程,三者耦合影响并共同决定剪力连接件群的传力机理及其极限承载力。鉴于PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力的复杂性,就钢构件、混凝土构件以及PBL剪力连接件等关键影响因素及其效应进行研究,在此基础上对于PBL剪力连接件群的设计理念和设计方法进行探讨,指出PBL剪力连接件群设计需注意的问题及需考虑的主要因素。

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。

部分剪力连接的橡胶集料混凝土-钢组合梁疲劳性能试验研究

为研究橡胶集料混凝土-钢组合梁的疲劳性能,对6个试件进行疲劳试验.试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响.试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度.试验结果表明:部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定;组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断,破坏具有较大的延性;橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度,明显提高疲劳寿命,并增大残余滑移,表现出更好的延性;增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命,并降低刚度退化作用;较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低,并表现出较大的塑性.研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据.