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。

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.

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。

剪力连接件的三维非线性仿真分析方法

基于有限元仿真分析技术和混凝土本构理论,提出了有限元仿真分析和实物验证试验相结合研究剪力连接件的新方法.将此方法用于3类共7个子类新型剪力连接件的全过程受力分析,并将有限元分析结果和模型试验结果进行对比,证实了这一方法的有效性和准确性,使得通过有限元仿真分析和实物验证试验相结合研究多种剪力连接件的受力特性成为可能.

PBL与PZ型剪力连接件抗拉拔性能试验

采用12个PBL和3个PZ型剪力连接件试件,通过一套自主设计的单调加载装置,进行极限抗拉拔承载力、相对位移、剪力键应变和破坏模式的测试试验,比较了开孔大小、埋置深度以及剪力键类型对试件极限抗拉拔承载力、初始开裂荷载和破坏模式的影响;并根据试验结果拟合了PBL剪力键极限抗拉拔承载力的计算公式。研究结果表明:加大孔径能直接提高PBL剪力键的极限抗拉拔承载力,当孔径由0 mm增长到30 mm,极限抗拉拔承载力增长率最大可达34.5%;埋置深度的增加较孔径能更显著地提升剪力键的极限抗拉拔承载力,当埋深由110mm增长至225 mm,PBL和PZ型剪力连接件对应的极限抗拉拔承载力的增长率可分别达到224%和165%;PZ型剪力连接件较相同埋深的PBL剪力键有更大的极限抗拉拔承载力,同时由于其良好的疲劳性能,不同几何尺寸和构造的PZ型剪力连接件力学性能的研究工作有待进一步开展。

PBL剪力连接件抗剪承载力试验研究

为建立组合桥梁中开孔钢板剪力连接件(PBL)剪力连接件的抗剪承载力计算公式,开展8个PBL连接件的单调加载推出试验。着重研究静载下不同承压方式、混凝土强度、开孔数量和贯穿钢筋直径对连接件抗剪承载力的影响。基于变形协调条件分析端部混凝土、孔内混凝土榫和贯穿钢筋对单孔连接件极限承载力的贡献;多孔连接件的抗剪承载力则在考虑应力重分布的基础上将单孔连接件承载力进行叠加。试验结果表明:提出的PBL连接件抗剪承载力计算模型物理意义明确,计算结果精度较高,可用于单排PBL剪力连接件的承载力计算。

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—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较

随着建筑技术的发展,钢—混凝土组合结构应用得越来越多,而剪力连接件是这类结构的关键部位,对其计算显得尤为重要。本文比较了钢—混凝土组合结构中几种常用的剪力连接件,分析了它们的抗剪强度和疲劳抗力,比较了不同国家或研究者给出的计算公式之间的差异,最后得到了几点有用的结论。

钢-混凝土组合结构新型双钉头型栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

以钢-混凝土组合梁中普遍采用的栓钉剪力连接件为研究对象,针对普通单钉头栓钉连接件存在根部相对薄弱、抗剪能力较差、连接容易过早失效的缺点,提出了一种新型双钉头型栓钉剪力连接件形式,并进行了推出试验有限元模拟分析,在此基础上讨论了影响新型栓钉连接件抗剪承载力的主要因素,最后结合有关规范公式提出了设计建议。研究表明：新型双钉头型栓钉提高了连接件的抗剪极限承载力（与传统栓钉相比,承载力可提高约10%）,减小了钢梁与混凝土板的相对滑移,提高了二者的共同工作能力。下钉头直径是影响新型栓钉连接件抗剪性能的主要因素,工程应用时可取栓钉下钉头直径为其杆身直径的1.2~1.3倍,此时连接件极限承载力较高,抗剪工作性能亦较好。当按照我国现行钢结构规范设计采用新型栓钉连接件的钢-混凝土组合梁时,可对单个栓钉连接件的抗剪承载力计算值乘以1.3增大系数。与采用传统栓钉的组合梁相比,采用新型栓钉的钢-混凝土组合梁初期刚度与前者基本相同,但后期会有约12%~20%的明显提高。由于新型栓钉的滑移较小,使混凝土板和钢梁共同工作效果提高。

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。