钢-混组合结构抗剪栓钉的群钉效应研究

栓钉剪力连接件是组合结构中保证组合效应不可或缺的关键部件,在使用过程中总是同时使用多个栓钉连接件。因此,为研究栓钉群钉效应作用时的不均匀系数与抗剪性能,采用Ansys APDL进行参数分析,改变栓钉的间距和钢板厚度,以?22 mm栓钉群钉为研究对象。此外,为研究栓钉群钉的损伤后行为,设置不同间距,分别减小栓钉端部、中部、尾部的有效截面。计算结果表明,由于摩擦力的存在,与单钉相比,只要是多钉的推出试验,都会存在抗剪性能下降的情况,并不全是受群钉效应影响;弹性阶段不均匀剪力演高度呈月牙状,但是随着间距减小,塑性阶段不均匀剪力由月牙状向线形转变,端部的不均匀系数不断降低,尾部的不均匀系数提升,沿高度最大不均匀系数差异接近10%;弹性阶段钢板厚度改变时,不均匀系数仅发生5%变化,塑性阶段约1%,相比于栓钉间距,钢板厚度对不均匀系数的影响有限;栓钉的平均抗剪承载力随栓钉间距变化呈指数关系,栓钉的平均抗剪刚度随间距变化呈线性关系,间距越密集,平均抗剪承载力和平均抗剪刚度越低,拟合公式与计算结果吻合,相关系数均大于0.9;栓钉间距与直径比值大于6.8时,抗剪性能变化已不显著;对于越密集的栓钉群,削弱尾部的栓钉会带来更不利的抗剪性能退化情况。

铁路钢-混组合梁抗拔不抗剪栓钉设计研究

为研究抗拔不抗剪栓钉在铁路钢-混组合连续梁桥中的适应性及存在问题,以4×40 m铁路钢-混组合连续梁为例,基于有限元分析软件Midas Civil,对常规栓钉的设计参数进行分析,对抗拔不抗剪栓钉及加密过渡区的设置范围进行比选,拟定铁路钢-混组合梁可行的抗拔不抗剪栓钉设计方案。研究表明:综合桥面板受力、过渡区栓钉受力、钢梁整体刚度等因素,推荐抗拔不抗剪设置范围取支点两侧0.15L(L为梁跨度);抗拔不抗剪连接区域滑移量较大,但其栓钉不受剪力;需要重点关注过渡区首排栓钉,确保其满足强度以及疲劳性能的要求,推荐加密过渡区设置范围取3 m;相较双工字形截面,双槽形截面与抗拔不抗剪需要设置的过渡区适应性较好,但用钢量增加约10%;相较常规栓钉方案,抗拔不抗剪栓钉方案桥面板钢筋减少17.7%,栓钉减少12.4%,梁部每延米造价降低2.8%。

抗剪栓钉对隔震桥梁地震响应的影响

目的研究抗剪栓钉对城市轨道交通隔震桥梁纵向地震响应的影响,分析考虑栓钉的摩擦摆支座组合刚度.方法以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,基于非线性时程分析方法,对比了不同工况下桥梁结构关键部位的地震响应,并分析了不同栓钉抗力对桥梁地震响应的影响.结果曲线、制动墩墩底纵向弯矩时程曲线及梁端纵向最大位移有较大影响;当栓钉剪断时,栓钉抗力对制动墩支座纵向最大位移几乎没有影响,制动墩墩顶纵向最大位移、制动墩墩底纵向最大弯矩随着栓钉抗力的增大而增大,抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内.结论对于城市轨道交通矮墩连续梁桥,进行摩擦摆支座减隔震设计时,要充分考虑抗剪栓钉抗力的影响.

带抗拔不抗剪栓钉的钢-混组合梁桥面连续构造理论研究

随着钢-混组合梁桥的快速发展,组合梁桥面连续构造开裂已成为一个亟需解决的问题。目前,现有的桥面连续抗裂措施大多针对混凝土桥,且实际工程中的配筋缺乏计算分析。因此,研究提出了将抗拔不抗剪连接新技术应用于钢-混组合梁桥面连续构造的抗裂设计。根据该技术的作用机理,推导出梁端变形作用下桥面连续构造内力及顶部受拉钢筋应力的计算公式,并分析了各类荷载工况下考虑桥面连续影响的梁端变形值。为验证理论方法的准确性,以广州市某座两跨装配式钢-混组合梁桥为依托,将桥面连续顶部受拉钢筋应力的理论计算值与实测值及有限元计算值进行了对比,结果吻合良好。最后,以该理论分析方法为基础对抗拔不抗剪栓钉的布置范围及桥面连续配筋率作了参数分析,其结论可为带抗拔不抗剪栓钉的钢-混组合梁桥面连续构造的设计提供一定的指导。

基于机器学习的钢-自燃煤矸石混凝土组合梁栓钉抗剪承载力研究

目的确定影响栓钉抗剪承载力的主要因素,量化自燃煤矸石骨料取代率对栓钉抗剪承载力的影响。方法基于机器学习中的随机森林算法,选取影响栓钉抗剪承载力的7个因素作为输入变量、将栓钉抗剪承载力作为输出变量,构建栓钉抗剪承载力预测模型,并利用现有试验结果验证模型的可靠性,进行输入变量的特征重要性分析;收集现有考虑不同骨料取代率的自燃煤矸石混凝土抗压强度与弹性模量,量化自燃煤矸石骨料取代率对栓钉抗剪承载力的影响。结果基于机器学习建立的模型判定系数R2为0.94、平均绝对误差MAE为10.56、均方误差MSE为180.44、均方根误差RMSE为13.43;栓钉抗剪承载力的影响因素主要为栓钉直径和混凝土抗压强度,而且栓钉直径与混凝土抗压强度对栓钉抗剪承载力的影响存在耦合关系;与普通混凝土试件相比,取代率为25%、50%、75%和100%时栓钉的抗剪承载力平均降低2.49%、4.46%、6.35%和7.31%。结论基于随机森林算法所建立的模型具有较高的预测精度;栓钉直径、混凝土抗压强度是影响栓钉抗剪承载力的主要因素;栓钉抗剪承载力随自燃煤矸石骨料取代率的增加而降低。

配置抗剪栓钉的钢筋混凝土单向板柱节点受剪性能试验研究

为了研究抗剪栓钉对板的破坏形态和受剪切性能的影响,完成了3组6个设有抗剪栓钉的钢筋混凝土单向板柱节点受剪试验。在3组试件中,第1组为未配置抗剪栓钉的具有不同剪跨比的钢筋混凝土单向板试件,其他两组为配置有不同间距和高度的抗剪栓钉的对比试件,研究的主要参数为抗剪栓钉的间距、高度和板的剪跨比。研究结果表明:同未配置抗剪栓钉的钢筋混凝土单向板柱节点发生剪切破坏的情况相比,配置抗剪栓钉的钢筋混凝土单向板柱节点分别发生了栓钉群内(S50-5系列试件)和群外(S50-7系列试件)的剪切破坏;使用抗剪栓钉能有效提高板柱节点的延性,改善失效模式,使单纯的剪切破坏向弯曲破坏转变,与抗剪栓钉相交的斜裂缝更为平缓,从而使受剪承载力明显提高;配置抗剪栓钉对钢筋混凝土单向板柱节点的加强效果随着抗剪栓钉间距和高度的改变存在较大差别,特别是对剪跨比较小的钢筋混凝土单向板影响更为显著。基于试验结果,给出了不同剪跨比的钢筋混凝土单向板与柱栓钉连接的设计建议。

钢板混凝土剪力墙抗剪栓钉设计方法研究

钢板混凝土剪力墙广泛用于超高层混合结构,钢板与混凝土之间的组合作用,使其有着高的承载力、良好的刚度和延性,钢板与混凝土之间抗剪连接件设计是实现这种组合作用的关键保障,目前设计标准中尚未有针对这种平面构件连接件的定量计算方法。在总结相关标准及文献的基础上,根据钢板混凝土剪力墙的受力特点,提出了钢板与混凝土的正截面和斜截面的界面剪力的计算方法,进而得到总界面剪力,据此来计算连接件(栓钉)的需求量,在界面上分区布置;探讨了栓钉布置方式和钢板局部稳定性对栓钉间距的影响,发现梅花形布置能适当增加栓钉间距,给出了不同布置方式并考虑钢板局部稳定时栓钉间距与钢板厚度比的最大值。最后,以一实际混合结构工程为例,探讨了上述方法的适用性,可供设计参考。

供热管道栓钉固定节设计

对传统固定节的弊端进行分析,从构造、选材、承载力设计、施工及检验试验等方面系统地介绍栓钉固定节,并辅以应用实例来介绍栓钉固定节的计算方法;在多项工程运行中,充分证明了栓钉固定节能够为大直径、大推力供热管道的正常运行提供可靠保证。

考虑粘结作用及抗剪栓钉传力的巨型钢管混凝土柱共同工作性能分析

采用数值模拟手段对考虑粘结作用及抗剪栓钉传力的巨型钢管混凝土柱共同工作性能进行分析。首先介绍了ABAQUS程序中的材料本构模型、钢管、混凝土界面模型和抗剪栓钉简化本构模型。通过与相关文献试验结果进行对比,充分验证了本文理论模型的合理性与精确度。在此基础上,分别对只考虑粘结作用的巨型钢管混凝土柱和考虑粘结作用+抗剪栓钉的巨型钢管混凝土柱进行数值参数分析,主要考察巨型柱截面尺寸、管壁宽厚比、粘结强度、栓钉布置间距等对竖向荷载传递的影响。结果表明,粘结作用对混凝土共同工作性能的影响有限,单纯依靠粘结传力,钢管、混凝土两者不能够很好地共同工作;设置抗剪栓钉提高了巨型钢管混凝土柱共同工作性能。最后建议不应完全依赖粘结作用与抗剪栓钉传力,在设计时应通过设置足够的传力构造来保证巨型柱钢管、混凝土共同工作。

自带约束构造的栓钉抗剪连接件受力性能研究

钢-混凝土组合构件中的栓钉抗剪连接件作为主要传力部件,在混凝土中的力学行为极为复杂,栓钉周围的混凝土受栓钉"剪撬"局压集中作用极易产生劈裂微裂缝。为解决栓钉抗剪连接件"剪撬"局压劈裂的问题,提出一类带约束构造的栓钉抗剪连接件,通过推出试验研究了该新型栓钉连接件在钢-混凝土翼缘板之间的界面抗剪受力性能,比较了其与传统栓钉界面抗剪性能的差异。研究表明:带约束构造的栓钉抗剪连接件能依靠自身的约束构造有效地避免"剪撬"局压劈裂的不利影响,较大地提高钢-混凝土翼缘板之间的界面抗剪刚度,为钢-混凝土组合构件强连接系数的设计提供了理论依据。

波形钢腹板组合箱梁带栓钉埋入式抗剪连接件承载力推出试验及有限元模拟分析研究

针对一座波形钢腹板组合箱梁部分斜拉桥的受力需求,设计了带栓钉埋入式抗剪连接件。为研究其抗剪承载力,设计并开展了推出试验并进行了试验全过程的有限元模拟,对试验过程中试件的破坏及受力机理进行分析;随后根据该类型连接件的承载机理及受力特点,建立了承载力的近似计算方法。结果发现:对于该带栓钉埋入式抗剪连接件,当栓钉焊接在连接件波形板的直板外侧时,其承载力高于在内侧焊接的情形;当开孔位置位于直板、上折板与下折板时,其承载力依次降低;连接件波形板的上折板荷载-位移曲线存在明显的强化阶段,而下折板几乎不存在强化阶段,直板处荷载-位移曲线特征介于二者之间;另外,该类连接件混凝土开裂及主裂缝均在荷载水平达到0.8倍极限承载力以后形成发展的。所建立的推出试验全过程有限元模拟方法能够准确模拟试验过程中试件的受力行为,并能够诠释栓钉焊接位置、开孔位置对抗剪承载力的影响以及试件破坏机理;基于推出试验与有限元模拟分析,分析可得该类连接件承载力主要由波形板包裹的混凝土与约束钢筋所形成的块连接件、开孔内混凝土剪力销以及栓钉提供,随之建立的抗剪承载力近似计算方法分析结果与试验结果相对误差不超过8.93%,与有限元模拟结果相对误差不超过5.47%,具有良好的适用性。

新型外包钢—混凝土组合梁中栓钉应力分析

新型外包钢——混凝土组合梁强度高、延性好、便于施工,应用前景广阔。目前对这种新型外包钢—混凝土组合梁中栓钉应力研究并不是很充分,应用有限元软件对一根新型外包钢—混凝土组合梁中的栓钉的应力分布进行了模拟分析计算,为进一步研究新型外包钢—混凝土组合梁中栓钉的布置和应用提供了理论基础。

耐火耐候钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

目前钢-混凝土组合梁的压型钢板常作为模板使用,并非受力构件。为达到防火和受力安全性需求,组合梁须涂装较厚防火层保护,这使得后期维护更新存在困难。高性能耐火钢的应用为组合梁抗火提供了新思路。对2个不同荷载比的无涂装耐火钢组合梁主梁试件(压型钢板肋平行于钢梁)和1个次梁试件(压型钢板肋垂直于钢梁)进行抗火试验。试验中对炉温、试件温度、挠度与应变进行监测。结果表明:相同负载下,主梁试件的抗火性能显著优于次梁试件;试验终止时,组合梁变形未发生快速变化;相同条件下,组合梁的受力性能和耐火极限与钢梁、栓钉以及混凝土楼板的温度发展密切相关;所有组合梁均发生整体弯曲变形,且变形速率与竖向荷载大小以及温度场有关。

栓钉连接件对型钢混凝土梁受力性能的分析

本文采用通用有限元分析软件ABAQUS对型钢混凝土组合梁进行模拟研究,分析了了几种不同的栓钉抗剪连接件布置方式对型钢混凝土梁受力性能的影响,初步得到使型钢与混凝土更好布置方式以确保更号的协同受力,分析得到组合梁在这些布置方式下的的最佳性能。

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。

装配整体式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件受力性能试验研究

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明:预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。

考虑栓钉抗剪刚度组合梁桥受力性能分析

分析采用弹性连接模拟栓钉抗剪刚度考虑组合结构中钢与混凝土接触面滑移对组合梁桥受力性能的影响。对某45m+66m+45m的三跨钢—混凝土连续组合梁桥结构进行分析,结果表明有滑移模型与无滑移模型在不同荷载工况下其内力及挠度最大误差均超过工程精度的5%,因此栓钉剪切变形引起的组合梁结构滑移对结构受力的影响不可忽略。研究结果可为同类型桥梁的设计和计算提供参考。

交错桁架结构设计要点

济南历下文体档案中心项目设计中,为实现大跨空间上方多层建筑功能,采用了一种建筑布置灵活,结构体系经济合理,施工可靠高效的结构体系,即交错桁架结构体系。首先介绍了交错桁架结构体系的特点以及本项目的工程概况,结合建筑功能,创新性的将交错桁架体系用于高层大跨度结构设计中,充分利用交错桁架的优点,使结构体系与建筑功能高度匹配。然后以历下文体档案中心为例,对比了同层桁架与交错桁架两种转换方案,在楼层刚度比、受剪承载力比等整体指标,以及罕遇地震下层间位移角、构件性能等方面的差异。对于交错桁架结构,介绍了减轻桁架区域楼板应力的措施,减轻空腹桁架效应的措施,以及精细化施工模拟分析的必要性,为类似工程的设计提供参考。

重复荷载下栓钉抗剪连接件的性能研究

在重复荷载和单调荷载作用下进行12个栓钉抗剪连接件推出试验,对钢-混凝土组合结构中栓钉的破坏模式、屈服模式、疲劳机制、承载力、刚度退化、耗能等动力性能与静力性能进行研究,重点分析了栓钉直径、混凝土强度等参数对栓钉的疲劳性能和抗剪性能的影响。研究结果表明:栓钉抗剪连接件的破坏模式有栓钉剪断和混凝土开裂,在重复荷载下表现出疲劳现象,如承载力下降、混凝土初始裂缝的发展。单调荷载下,栓钉的直径由13mm增加为16mm时承载力提高20.55%,栓钉直径由16mm增加为19mm时极限承载力提高11.7%。混凝土强度等级从C30提高到C50,对应承载力也有一定提高,增幅为3%。重复荷载下栓钉直径由13mm增加为16mm时,承载力提高35%,初始刚度提升明显,耗能能力提高40%。混凝土强度的提高对承载力和初始刚度影响不明显,但刚度退化稳定,耗能能力提高27.5%~47.3%。整体来看,栓钉抗剪连接件表现出良好的抗疲劳能力。