钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓作为钢-预制UHPC组合梁剪力键的抗剪性能,共设计15个推出试件,探究螺栓间距和螺栓数量对试件的破坏模式、荷载-滑移曲线、极限承载力、延性和初始抗剪刚度的影响。试验结果表明,推出试件的主要破坏模式为螺栓剪力键剪断,同时在螺栓剪切面下端有局部UHPC受压剥落,UHPC预制板只在剪力槽四周出现细微裂缝。减小螺栓间距会导致试件的抗剪性能降低;而增加螺栓数量可以有效地提高试件的抗剪性能,但也会导致单栓初始抗剪刚度下降。分析国内外现行钢-混凝土组合梁中剪力键的抗剪承载力计算公式,并以此提出一条更适用于钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪承载力计算公式。对比提出公式的计算值与试验值,两者的平均比值、标准差和变异系数分别为1.02、0.02和0.02。

混合结构PBL剪力键群承载力试验研究

混合结构中钢混结合段的剪力传递直接取决于剪力键群的承载力。为研究混合结构PBL剪力键(perfobond rib shear connector)群的承载力,进行9组18个多排剪力键的静载试验,分析PBL剪力键群试件加载全过程的滑移分布及负载特征,并从单个剪力键的荷载-滑移分布出发,结合各排剪力键层间滑移的分布规律,通过累加各排剪力键滑移分布对应的荷载,提出剪力键群承载力的计算方法。同时根据对大量测试数据的统计分析,给出PBL剪力键群正常使用极限荷载的指标。试验研究表明:混合结构中单个PBL剪力键的荷载-滑移关系可用Buttry渐进曲线表述;PBL剪力键群各排剪力键的层间滑移服从二次曲线分布;PBL剪力键群正常使用极限荷载可取剪力键群平均滑移量0.2mm所对应的荷载。所提出的计算方法很好地解决了当前PBL群承载力计算上的不足,计算公式与试验结果吻合良好。

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。

钢—混组合桁架节点处PBL剪力键群受力性能研究

采用有限元分析软件ABAQUS建立整体耳板式、分离耳板式和外接式3种钢—混组合桁架节点的简化模型,计算1倍、2倍、3倍设计荷载作用下各类型节点处PBL剪力键的水平和竖向滑移,然后根据单根PBL剪力键的荷载—滑移关系反推PBL剪力键的负载,进而研究PBL剪力键群的负载分布规律及其受力性能。结果表明:节点处同行PBL剪力键的水平负载分布呈"不平衡对称"模式,竖向负载分布呈"反对称"模式,PBL剪力键群的负载以水平方向为主,且荷载中心线与PBL剪力键群中心线不重合是导致PBL剪力键群水平负载不均匀程度增加的主要原因;随荷载的增加,PBL剪力键群的水平负载最终趋于相对均匀,而其竖向负载的不均匀性无明显变化;依据工程要求,提出将单根剪力键负载控制在其弹性极限荷载内或在0.576倍极限承载力内的校核方法,以保证疲劳破坏不从剪力键群开始或疲劳寿命在200万次以上的设计要求,据此对3种类型节点处PBL剪力键群的校核结果表明,其强度和疲劳性能均能满足要求;整体耳板式节点的强度储备最大,外接式次之,分离耳板式最小。

传递拉力的PBL剪力键群逐步扩大子结构法

为提高对PBL剪力键群的计算分析能力,针对传递轴向拉力PBL剪力键群边界条件简单,复杂的整体结构由构造相同的简单结构组成的特点,以单孔PBL剪力键荷载-滑移曲线为基础,以钢构件、混凝土构件的平衡条件及位移协调条件为依据,结合子结构法求解复杂结构的思路,提出了求解PBL剪力键群传力机理的逐步扩大子结构法;通过与2孔、5孔和6孔PBL剪力键群传力机理有限元分析结果对比,验证了该方法的正确性。研究结果表明:剪力键群中各剪力键承担的荷载不仅与总荷载有关,而且与剪力键的位置及其刚度有关,设计时应综合考虑。

南京长江第三大桥主塔钢混结合段设计

南京长江第三大桥是我国第一座钢斜拉桥。其主塔钢混结合段在国内首次创造性地采用"钢筋混凝土棒剪力键群"作为传力连接器。本文主要介绍南京长江第三大桥主塔钢混结合段的设计研究。