可拆卸开孔圆钢管连接件抗剪性能研究

为实现钢-混凝土组合梁快速装配化施工及其劣化时易于拆卸的需求,提出了一种可拆卸开孔圆钢管连接件。采用ABAQUS有限元软件对开孔圆钢管连接件进行推出试验模拟,研究了连接件开孔厚度、开孔中心夹角、开孔高度、钢材强度及混凝土强度对其抗剪性能的影响。研究结果表明:增加圆管厚度提高钢材强度,以及减小开孔高度提高连接件抗剪承载力。改变开孔中心夹角和混凝土强度,对连接件抗剪性能影响较小。基于塑性梁理论推导出开孔圆钢管连接件剪切屈服计算公式,并与有限元计算结果进行对比,验证了该推导公式的有效性。

新型可拆卸开孔钢管连接件抗剪性能

为适用预制钢-混凝土组合桥梁快速装配化施工需求,提出一种新型可拆卸的开孔钢管连接件。通过设计不同钢管壁厚、开孔板条宽度与高度等参数的开孔方钢管连接构造试件,开展水平推出试验,研究其抗剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式及相对滑移特征。考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型及钢-混凝土界面非线性接触,建立可拆卸连接件抗剪分析的高效精细有限元模型,并通过试验结果验证。采用验证的有限元模型,进行与方钢管具有相同用钢量、板厚、开孔形式的圆钢管连接件抗剪性能对比分析。研究结果表明:可拆卸钢管连接件不仅具有开孔板连接件相当的抗剪承载力,而且比焊钉连接件具有更好的延性;增加钢管壁厚能有效提高其抗剪刚度与强度,改变底部开孔形状对连接件的抗剪刚度影响较小,但对强度影响较大;圆管与方管连接件具有相当的剪切屈服强度,但方管连接件的极限抗剪强度更高,而圆管连接件的延性更好;塑性理论推导可拆卸连接件剪切屈服强度计算结果同试验、有限元结果吻合良好,证明该计算式准确、有效;建议荷载作用下,混凝土板不发生开裂和压溃,可拆卸连接件可屈服进入塑性状态,实现混凝土板、钢梁易更换、修复或重复利用。

钢-混凝土可拆卸螺栓连接件受剪性能研究

为快速地维修和更换钢-混凝土组合桥梁的混凝土板,提出了可拆卸组合梁螺栓连接件,即锥形铸铁螺栓连接件(tapered iron bolt connector,TIBC)。通过两组推出试验对TIBC的受剪性能进行研究,分析结果表明:TIBC的破坏形式大多以下部高强螺栓剪坏为主,故破坏后仅需更换下部高强螺栓即可;由于锥形铸铁块的存在,TIBC的周边混凝土可以承受较大局部荷载;TIBC的剪切强度为下部高强螺栓抗拉强度的75%,可按栓钉承载力公式进行结构设计;相同强度和直径下,TIBC的初始刚度较普通螺栓连接件明显提高,且初始刚度离散性较小;下部高强螺栓直径为16 mm的试件比直径为12 mm的试件滑移性能好。