城市轨道交通装配式地下车站新型构件连接方案的抗剪及抗震性能分析

[目的]为了进一步推广地下装配式结构在城市轨道交通工程中的应用,应对城市轨道交通车站明挖装配式出入口施工的关键技术(尤其是新型构件连接方案)进行研究。[方法]设计了由2块尺寸相同的不等边C形标准构件(有2道横向裂缝)拼接而成的城市轨道交通车站装配式出入口结构,基于此结构提出了一种新型的构件连接方案。通过模型试验及数值模拟,研究了该新型连接节点的抗剪性能和抗震性能,得出了不同受力条件下的荷载-位移曲线、抗剪形态、抗震耗能及延性等指标,验证了该新型连接节点的可靠性。[结果及结论]装配构件的截面抗剪承载力远高于传统现浇截面抗剪承载力;型钢的存在可以充分保证试件的抗剪能力;“承插接口+型钢插板”是一种可靠的连接方式,其各项性能与现浇试件相比大致相当;型钢插入长度的变化对接缝处裂缝及其最大承载力的影响很小,建议选用的型钢插入长度等与构件厚度一致。

新型抗拔不抗剪连接件抗拔性能试验

针对可有效改善组合梁负弯矩区受力性能的新型抗拔不抗剪连接件,研究了影响该连接件抗拔性能的因素,设计了3个不同参数的抗拔不抗剪连接件试件并进行抗拔性能试验。根据试验结果分析了抗拔不抗剪连接件抗拔性能与连接件尺寸的关系,提出了其承载力简化设计公式与构造措施要求。研究结果表明:试件表现出混凝土冲切破坏和连接件腹板拉断2种破坏形态;新型连接件具有良好的抗拔性能,影响抗拔性能的主要因素为连接件的尺寸。

新型抗拔不抗剪连接件的滑移性能及其滞回模型

新型抗拔不抗剪T型连接件能有效改善组合梁负弯矩区受力性能,该连接件可以保证钢构件与混凝土板不发生分离,允许两部分产生滑移从而降低传递至混凝土板的剪力,避免混凝土开裂。为研究该新型连接件的滑移性能,对6个试件进行了拟静力推出试验。试验结果表明该连接件在较低荷载作用下可以产生较好的滑移效果,连接件外包泡沫塑料的尺寸对滑移特征影响显著。试验的荷载-位移曲线反映出试件的刚度随加载历史发生了明显变化,滑移作用引起了曲线的捏拢现象。该文基于Richard-Abbott曲线提出了针对该新型连接件的滑移滞回模型,模型参数物理意义明确,并通过试验结果验证了该滞回模型的合理性。

新型T-P抗剪连接件承载性能研究

为了加强抗剪连接件的抗剪承载性能,在传统PBL开孔钢板端部焊接一块平行钢板,形成类似T字的新型T-P抗剪连接件。考虑贯穿钢筋、孔洞数量、混凝土强度、添加钢板长度4种变量控制下的影响,并与传统PBL进行比较。结果表明:T-P抗剪连接件比PBL连接件具有更好的抗剪刚度和抗剪承载力,添加钢板距离加载点较近的T-P连接件的抗剪承载性能更优,T-P连接件的变形能力较PBL连接件要弱。参数变化结果表明:增加贯穿钢筋、加长端部钢板长度、提高混凝土强度等级可明显提高T-P抗剪连接件的抗剪承载力,增加孔洞数量可提高其抗剪承载力但提高幅度不大;添加钢板距离加载点近的T-P连接件的应力分布更分散均匀,变形程度更小;布置贯穿钢筋、增强混凝土强度、加长钢板长度能够提升T-P连接件的抗剪刚度,其中混凝土强度及贯穿钢筋提升效果明显,可提高T-P连接件的变形能力。

不同锈蚀程度下栓钉连接件的抗剪性能分析

为研究栓钉连接件锈蚀条件下的抗剪性能退化规律,建立ABAQUS有限元模型进行数值模拟.针对均匀圆环、受压区半环、受拉区半环及拉压区半环4种不同的锈蚀分布形态,考虑不同的锈蚀高度、锈蚀深度进行数值分析.结果表明,当锈蚀深度相同时,4种锈蚀分布形态的栓钉抗剪承载力随锈蚀高度的增加而降低,在锈蚀高度为10 mm时降到最小,且锈蚀深度越大,承载力降低程度也越大;当锈蚀高度相同时,随着锈蚀深度的增加,抗剪承载力和抗剪刚度基本上呈线性下降趋势;当锈蚀高度和深度相同时,均匀圆环锈蚀的抗剪承载力和刚度的降低程度最大,相比其他3种情况降低60%左右,受压区半环锈蚀的抗剪承载力和刚度的降低程度最小.研究成果可为钢混组合结构栓钉连接件耐久性设计提供参考.

一种新型栓钉抗剪连接件承载力试验探究

针对装配式钢混组合梁现有栓钉抗剪连接件研究成果不足的问题,本文提出了一种适用于预制装配式组合梁的新型栓钉抗剪连接件,并通过试验研究了该新型栓钉抗剪连接件的承载力。试验结果表明,新型栓钉抗剪连接件在相对滑移量为1mm左右时达到极限承载力;试件的荷载滑移曲线可分为三个阶段,即弹性阶段(P小于0.3Pu),弹、塑性阶段(P小于0.7Pu)和破坏阶段(P大于0.7Pu);推出试验试件的单个栓钉抗剪承载力大于《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB 50917-2013)计算值,按现行规范指导,该新型剪力键的设计较安全,能够满足工程的需要。

钢-混组合梁抗剪连接件构造型式及其力学性能研究进展

钢-混组合梁是将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体,并考虑两者共同受力的桥梁结构型式。抗剪连接件作为其重要传力构件,其性能可靠性是钢材与混凝土协调工作的基础。为了进一步明确钢-混组合梁桥中抗剪连接件的构造型式及其力学性能研究进展,对钢-混组合梁桥中抗剪连接件的相关研究进行了较为系统的梳理和总结。首先,介绍了常见抗剪连接件的类型、构造型式及抗剪机理,以及高性能材料在抗剪连接件中的应用,阐述了抗剪连接件的受力机理,对抗剪连接件分析模型及抗剪承载力计算公式进行了分类总结。最后,对钢-混组合梁抗剪连接件的发展趋势进行了展望,指出面向桥梁快速建造与低碳可持续发展的需求,急需开展基于高性能材料的钢-混组合梁桥抗剪连接件在预制拼装式桥面板中的应用研究。

CR连接件弹性抗剪刚度计算方法研究

当前对于钢混组合梁桥中CR连接件的研究主要集中于承载力,对其抗剪刚度研究较少,没有较为通用的理论计算公式。为建立合理的CR连接件抗剪刚度计算公式,笔者基于现有试验建立有限元模型并加以验证,模拟不同结构参数的剪力连接件弹性阶段的荷载-位移曲线,揭示不同参数下的连接件弹性抗剪刚度变化规律。利用等效弹簧模型和等效杆系弹簧模型,笔者分别研究了剪力键、混凝土榫以及混凝土榫内贯穿钢筋的抗剪刚度,结合弹性阶段刚度叠加关系,建立了CR连接件弹性抗剪刚度理论计算公式。理论计算与有限元拟合结果对比表明:连接件弹性抗剪刚度理论计算值与拟合值的误差在7.7%以内,结果吻合性较好,可作为结构设计的依据。

波形钢-UHPC组合桥面板中栓钉-PBL连接件抗剪性能数值模拟研究

针对波形顶板-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)新型组合桥面板结构,提出在波形钢板波峰处布置短栓钉,波谷处布置开孔板(Perfobond Leiste,PBL),形成栓钉-PBL组合连接件协同抗剪。为探究该组合连接件的抗剪力学性能,建立组合连接件推出试验及梁式试验的有限元模型,并基于现有试验对模型的正确性进行验证。在此基础上,讨论了栓钉直径、PBL孔径、栓钉抗拉强度和UHPC抗压强度等设计参数对组合连接件抗剪性能的影响规律。通过分析组合连接件在推出试验全过程中的剪力分配规律,揭示了波形顶板-UHPC组合结构中栓钉与PBL剪力连接件的协同工作机理及破坏机理,并基于此提出组合连接件的设计理论和抗剪承载力计算方法。研究结果表明:组合连接件受到的剪力由栓钉和PBL共同承担,增加短栓钉直径、PBL孔径和UHPC强度均可有效提高组合连接件抗剪承载力;栓钉与无贯穿钢筋的PBL连接件抗剪承载力相近时,后者在加载初期承担的荷载较大,并会早于栓钉发生破坏;二者抗剪承载力之比在1.5左右时,大致同时进入破坏阶段,组合效果最佳;提出的栓钉-PBL组合连接件抗剪承载力计算公式的计算结果与有限元及试验结果吻合度较高;抗剪连接程度相同时,采用组合连接件的桥面板受力性能最佳,钢板与UHPC层之间的相对滑移和间隙均最小。

预制混凝土夹心保温墙体GFRP连接件抗剪性能研究

纤维增强材料连接件因导热系数低、耐久性好等特点,在建筑外墙中具有广阔的工程应用前景。然而,纤维增强材料连接件抗剪性能较差,有必要开展采用纤维增强材料连接件的墙板抗剪性能研究。利用Abaqus有限元软件,选择合理的混凝土和连接件本构模型,建立4种不同类型连接件的数值模型。通过与试验结果进行对比,证明所建模型的有效性。随后探讨混凝土等级、连接件数量、连接件布置方式对夹心保温墙板抗剪承载力的影响。研究结果表明,提高混凝土等级能够提高部分夹心保温墙板在破坏阶段的承载力,但提升能力十分有限;连接件水平布置比垂直布置的墙板承载力略高;对于使用棒状及类似形状连接件的夹心保温墙板,增加连接件数量是最直接提高抗剪能力的方式。最后,分析了夹心保温墙板不同的失效模式及其计算方法。

一种新型抗剪连接件试验研究

抗剪连接件在组合梁中主要用来承受钢筋混凝土翼板与钢梁之间的纵向剪力,是钢腹板与混凝土上、下翼板连接设计的关键环节。提出一种新的翼缘型开孔波折板抗剪连接件,并对传统的开孔直钢板抗剪连接件与这种新型开孔波折板抗剪连接件试件进行推出试验。考察开孔个数、穿筋与否对2种连接件承载力的影响。试验结果表明,在同等条件下,这种开孔波折板抗剪连接件具有更高的承载力。

预制混凝土夹心保温外挂墙体桁架式不锈钢连接件抗拔与抗剪性能试验研究

预制混凝土夹心保温外挂墙体具有承重、保温与装饰一体化的优点,可实现保温体系与主体结构同寿命。桁架式不锈钢连接件是预制混凝土夹心保温外挂墙体常用的一种连接件形式。系统开展了适用于50mm厚保温层预制混凝土夹心保温外挂墙体的桁架式不锈钢连接件的抗拔与抗剪性能试验,结果表明:连接件的抗拔破坏形态为腹杆拉断或锚固端焊点脱开,抗拔承载力试验值为21k N;连接件抗剪破坏形态为受压腹杆屈服,受拉腹杆拉断,单个600mm波段连接件的抗剪承载力试验值为18.7k N;连接件抗拔和抗剪承载力均有较大安全储备。

组合梁新型连接件抗剪性能试验研究

抗剪连接件主要用于承担混凝土翼板与钢梁上翼缘之间的纵向剪力,是保证钢-混凝土结构构件共同受力、协调变形的关键部件.提出一种新型连接件,即在倒T型截面钢梁腹板上边缘部分开孔,钢梁腹板开孔上边缘焊接连续的蛇形钢筋,并将混凝土浇入其中从而形成连接件传递剪力.通过7组共15个推出试件的极限承载力试验,研究了该推出试件的破坏过程、破坏形态;考察了混凝土强度、钢板开孔、蛇形钢筋、贯通钢筋、配箍率等单因素对该型连接件极限承载力的影响;提出了新型连接件抗剪承载力计算公式;分析了连接件的黏结滑移性能.试验结果表明:在同等条件下,新型连接件极限抗剪承载力比普通开孔板连接件有较大程度的提高,表现出较好的延性.

腹板嵌入式组合梁抗剪连接件拔出试验

为了研究腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的抗拔性能,考虑各影响因素,设计了6个拔出试件并进行了试验研究,得到了试件破坏特征及拔出力-位移关系曲线。建立了钢板连接件受拔出力作用的力学模型,分析了腹板厚度、横向钢筋直径及横向配筋率对拔出承载力的影响;结合钢板连接件的抗剪承载力,对这种连接件的抗拔性能是否满足腹板嵌入式组合梁的组合作用进行了验证;参照《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中对栓钉连接件的要求,提出了腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的构造要求。结果表明,这种抗剪连接件具有较好的抗拔性能。

改进的新型全装配式组合梁抗剪连接件试验研究

该文主要研究一种改进的新型全装配式组合梁结构,主要包括:全预制混凝土楼板、TJ型紧固件(抗剪连接件)、C型钢导槽、钢梁,其具有无现场湿作业,安装制作精度要求低,可局部更换、循环使用等优点。为研究此新型组合梁连接件的抗剪性能,在考虑钢导槽间距、紧固件预紧力、紧固件类型等因素的基础上,设计制作了6组试件,共12次推出试验。根据螺杆顶帽的不同,紧固件类别分为A、B两类,A类紧固件的螺杆端部万向铰为工厂加工成型,B类紧固件的螺杆端部万向铰为德国产的标准件(直接拧入螺杆端部即可,无需加工螺杆端部)。在试验参数的基础上,建立了紧固件和新型组合梁的有限元模型进行对比分析。结果表明:A类各试件表现出良好的残余强度稳定性,B类试件的荷载滑移曲线较A类曲线更为光滑,具有明显的强度下降段;组合梁连接件拆卸后重新安装不会导致抗剪性能的降低;组合梁连接件受力后不拆卸并复拧(再次施加扭矩)后抗剪性能有所提升;300 mm钢导槽间距试件的抗剪性能明显优于450 mm与600 mm;该文提出的紧固件预紧力计算公式与试验和有限元模拟结果吻合较好,建立的有限元模型能够较好地模拟紧固件的抗剪性能。

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。

腹板开洞型抗剪连接件力学性能有限元分析

为了提高全装配式混凝土梁柱-钢支撑的受剪性能,提出一种腹板开洞型抗剪连接件。以腹板截面分配方式为参数,设计2个试件进行往复加载试验,研究其力学性能。采用ABAQUS软件进行有限元分析校正,并设计16个分别考虑混凝土强度、腹板宽度高度和2组腹板组合形式影响的有限元模型进行模拟分析,进而探究各参数对抗剪连接件受剪性能的影响。结果表明:两试件破坏形态基本一致,首先混凝土梁侧面产生斜向裂缝,并向梁正面发展,随后抗剪腹板处出现裂缝,最终在多次循环往复加载下,混凝土被压溃。两滞回曲线走势基本相同,主要包括弹性、弹塑性和破坏3个阶段。提高混凝土强度能有效提高连接件剪切承载能力;腹板截面面积一定时,截面尺寸为15 mm×32 mm的连接件极限承载能力最大;同时改变2组腹板尺寸,截面组合尺寸为18 mm×40 mm和6 mm×40 mm的组合形式抗剪性最好。

基于加速锈蚀试验的群钉连接件抗剪性能研究

为研究栓钉在锈蚀情况下的抗剪性能退化规律,文中对群钉连接件组合试件进行恒电流加速锈蚀试验与推出试验。结果表明,栓钉锈蚀不会影响其破坏形态,但会减少连接件的抗剪承载力和极限滑移值,根据各试件的抗剪承载力拟合出锈蚀降低函数,发现栓钉的抗剪承载力与锈蚀率之间为指数降低的关系。

C型卡槽抗剪连接件力学性能分析

为解决传统柱-柱连接精度要求高而导致施工效率低下的问题,设计了一种C型卡槽抗剪连接件。通过6组C型卡槽抗剪连接件的推出试验,分析新型连接件的荷载-滑移特性,探讨型钢的预埋长度、黏结周长以及型钢的位置对卡槽极限承载力和黏结滑移性能的影响,并给出了试件的本构模型。结果表明:C型卡槽抗剪连接件极限平均黏结应力较文中对比的型钢混凝土提高了45%~87%;型钢的预埋长度和黏结周长的增加能够有效的提高试件的黏结滑移性能,型钢的位置变化对黏结滑移性能影响不大;较传统型钢混凝土,C型卡槽更好地约束了灌浆料的横向变形,赋予试件良好的延性,能够有效避免灌浆料的开裂。

采用新型抗剪连接件的型钢混凝土轴压短柱有限元分析

目的研究轴心受压状态下采用新型抗剪连接件的型钢混凝土柱的受力性能。方法采用ABAQUS对构件进行有限元模拟,分析典型构件的混凝土纵向应力、型钢与混凝土之间的接触应力,研究抗剪连接件形式、布置间距、体积配箍率等参数对型钢混凝土柱轴压承载力的影响规律。结果随着体积配箍率以及混凝土强度的提高,布置π形开孔板抗剪连接件、π形CR抗剪连接件的型钢混凝土柱承载力逐渐提高,其中混凝土强度由C70提高至C80,构件承载力提高幅度变小;且布置抗剪连接件的构件荷载-位移曲线下降段明显变缓,延性得到提高。结论抗剪连接件可以提高型钢与混凝土的接触应力,从而改善型钢与混凝土之间的粘结作用。