带约束构造的栓钉连接件组合板界面抗剪性能试验研究

钢−混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉开裂的问题,将引起组合梁刚度的降低,承载力下降,成为制约组合结构发展应用的重要原因之一。针对该问题提出一种基于带约束构造栓钉连接件的组合板构造措施,即在组合梁负弯矩区混凝土翼缘板增加附加钢板,附加钢板和钢梁上分别焊接带约束构造的栓钉连接件,两者相互咬合交错布置在混凝土板两侧。通过双界面抗剪性能试验验证在负弯矩区采用附加钢板帮助混凝土受拉的可行性以及该组合板构造措施抑制混凝土板受拉开裂的有效性,并对组合板中带约束构造栓钉连接件的界面抗剪性能进行研究。研究结果表明:带约束构造的栓钉连接件能将裂缝约束在6倍栓钉直径范围内,避免混凝土板纵向贯通劈裂裂缝,充分发挥混凝土受压强度高的优点,且约束构造能有效提高栓钉的抗剪刚度;证明在负弯矩区采用附加钢板替代混凝土板及其内的受拉钢筋受拉切实可行,带约束构造的栓钉连接件能降低纵向抗剪横向钢筋的用量;提出带约束构造栓钉连接件的抗剪刚度计算公式以及能评价不同长径比栓钉的材料利用效率和抗剪效率的剪切刚度比−剪切角理论曲线,建议带约束构造的栓钉连接件弹性抗剪刚度极限值,为此类剪力连接件的工程应用奠定良好的试验和理论基础。

表面开槽碳纤维布-混凝土界面抗剪性能试验

为探究表面开槽法对碳纤维布(carbon fibre reinforced plastics,CFRP)-混凝土界面抗剪性能的影响,开展了表面开槽法CFRP-混凝土单剪试验,研究槽宽深比(0.5、1.0和1.5)和沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)对CFRP-混凝土界面抗剪性能的影响,重点探究失效模式、断裂能、平均剪应力等指标,并提出表面开槽黏结界面抗剪设计方法。结果表明:较未开槽粘贴法,表面开槽法失效模式由Ⅱ类剥离破坏转变为Ⅵ类断裂破坏,界面断裂能最大提高136.4%,充分发挥CFRP布的抗拉强度和利用率;槽宽深比与平均剪应力成正相关,且存在最优值;正梯形沟槽的平均剪应力分别较倒梯形和矩形沟槽提高10.1%和11.8%。表面开槽法具有较好的抗剪性能,提出的设计方法可用于指导其黏结界面抗剪设计。

超高性能混凝土-普通混凝土界面抗剪性能试验研究

力学性能和耐久性优异的超高性能混凝土(UHPC)非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固,其中UHPC-NC界面的抗剪性能对确保良好的加固效果至关重要。论文通过7组抗剪推出试验,评估NC表面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等UHPC-NC界面的抗剪性能和破坏模式;并利用斜剪试验,探讨UHPC龄期、NC基体湿润度、NC表面粗糙度和UHPC养护条件对界面抗剪强度的影响。试验结果表明,UHPC-NC界面抗剪黏结性能优异,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏。NC表面粗糙度是影响界面抗剪强度的主要因素,凿毛或刻槽的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,植筋和刻槽界面在抗剪破坏时表现出较好的延性。此外,NC越湿润,UHPC-NC界面的抗剪强度越高,在UHPC早期龄期(3~7d)时界面可获得绝大部分抗剪强度(88.5%~95.0%),在常温养护条件下UHPC-NC界面的抗剪性能优于高温养护界面。

新加梁端部与原柱混凝土界面抗剪性能试验分析

以在原钢筋混凝土柱上新加混凝土梁为研究对象,设计制作了五组13个试件进行了单调静载试验,主要分析混凝土强度、植筋配筋率和新加梁上作用集中荷载的剪跨比三种参数,对新加梁梁端新旧混凝土界面抗剪性能的影响。试验结果显示,试件均发生梁柱新旧混凝土界面的破坏;随着剪跨比减小,界面抗剪承载力增大,相应的梁底位移增大,但加载点处的位移减小;随着混凝土强度的提高,梁柱界面处的抗剪承载力增大,但梁底位移变化很小;随着植筋配筋率的增大,梁柱交界面处的抗剪承载力增大,相应的加载点与梁底位移也越大。

超高性能混凝土与普通混凝土的界面抗剪性能试验研究

超高性能混凝土(UHPC)由于其优异的力学性能和超强的耐久性,非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固。UHPC-NC界面的抗剪性能是保证UHPC修复NC结构获得良好力学和抗渗性能的重要因素。通过7组抗剪推出试验,评估了NC界面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等不同界面处理的UHPC-NC界面抗剪性能和破坏模式。试验结果表明,UHPC-NC界面具有良好的抗剪粘结性能,界面抗剪强度随着NC界面粗糙度的增加而增大,NC界面采用凿毛或刻槽处理的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏;光滑和凿毛界面的抗剪破坏为脆性破坏;露筋和钻孔界面的抗剪破坏介于延性破坏和脆性破坏之间,植筋和刻槽界面的延性较好。

装配式空心板铰缝界面抗剪性能试验与数值模拟

为了掌握空心板铰缝新旧混凝土界面抗剪性能,并为新旧混凝土界面抗剪数值模拟提供参考,提出了铰缝新旧混凝土界面黏结的数值模拟方法以及界面黏结参数的合理取值。首先,结合国内外新旧混凝土抗剪性能试验研究方法,根据空心板铰缝的结构与受力形式,选择推出试验对空心板铰缝新旧混凝土界面破坏机理与抗剪性能进行了研究,推出试验共3组试件,每组试件由左、中、右3块试件组成,按1∶2的比例进行缩尺设计。在总结新旧混凝土界面受力性能的数值模拟方法基础上,提出了数值模拟空心板铰缝推出试验所采用的单元、本构关系和结合面的黏结强度,并对黏结滑移刚度及最终滑移值与峰值应力对应的滑移值的比值进行了分析,最后用推出试验结果验证该数值模拟方法的正确性。研究表明,当铰缝推出试验达到极限强度时,试件将沿铰缝新旧混凝土界面发生脆性破坏,平均抗剪强度为1.1 MPa,以平均剪应力等于0.5 MPa为界限,平均剪应力-滑移曲线近似由直线的弹性阶段和曲线的弹塑性阶段组成;数值模拟过程中铰缝混凝土本构关系采用损伤塑性模型,钢筋本构关系采用理想弹塑性模型,新旧混凝土结合面采用面面接触技术模拟,其中黏结滑移刚度取5 MPa/mm,最终滑移值与峰值应力对应的滑移值之比为2,该方法可获得较好效果。

预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪性能研究

相比现浇混凝土桥面板,全预制混凝土桥面板有诸多优势,能够提高桥梁工程质量、加快桥梁施工速度和降低成本。预制超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)梁和预制UHPC桥面板通过槽口连接形成组合梁是一种新的结构形式,这种槽口式连接的界面抗剪性能会影响全梁整体承载力。通过16个推出试件,研究不同界面抗剪钢筋配筋率、预制梁混凝土类型和预制桥面板混凝土类型、槽口填充混凝土类型对界面抗剪承载力的影响,在试验过程中观测裂缝的发展和破坏模式,记录竖向滑移、水平滑移和试件破坏模式、钢筋应变、极限荷载Vu和残余荷载Vr。试验结果表明:界面抗剪钢筋配筋率对Vu和Vr起主要作用,配筋率为3.7%的界面极限荷载分别是配筋率为2.8%和2.0%的1.06倍、1.20倍;不同的槽内填充混凝土和预制梁混凝土二者共同影响Vu和Vr;预制桥面板混凝土类型对抗剪性能影响不大;钢筋的销栓作用主要受到钢筋直径和混凝土强度等级的影响;通过与AASHTO LRFD 2015和ACI 318规范对比发现,2个规范对UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪承载力估计保守;提出的预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪计算公式计算值与试验值吻合较好。

不同形式加固混凝土梁端部与原混凝土界面抗剪性能试验分析

考虑不同形式加固混凝土梁对加固梁端与原柱混凝土界面的抗剪影响,设计制作了3组9个试验试件进行单调静载试验,主要分析三种不同加固形式(在原梁的单侧、底部和三面围箍加固)对加固梁端部与原柱混凝土界面抗剪性能的影响。试验结果表明:相同加固面积下,三面加固梁优于梁底与梁单侧加固的梁,具有更高的抗剪承载力,加固效果最好。而梁底加固与梁单侧加固承载能力基本相同,但达到极限荷载时梁底加固试件的界面位移值更小,表明梁底加固优于梁一侧加固。同时随着加固面积的增大,同级荷载下纵筋应变越小,应变增长越慢,抗剪能力越强,加固效果越好。

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明:钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.

大剪跨比下新加RC梁端/原柱界面受剪性能试验研究

为了探究大剪跨比时新加RC梁端与原RC柱的界面受剪性能,以剪跨比(λ=1~4)、梁底受压区纵筋及荷载分布形式为影响参数,设计制作了两组共12个试件。试验分析了上述影响因素对新加梁端部与原柱混凝土界面抗剪性能的影响规律。结果表明:界面极限荷载随着λ的增大而减小。当λ≤2时,界面发生剪切破坏,界面极限荷载对应的界面滑移值变化不大;当λ>2后,极限荷载及相应的滑移值均明显减小,界面发生受弯破坏。与集中荷载作用相比,均布荷载作用下的界面抗剪承载力较大,但两种荷载作用下的界面破坏形态基本相同。梁底受压区配置纵筋,对试件的破坏形态及界面承载力影响不大,但可适当增加界面的延性。

预制键槽式UHPC与后浇混凝土界面粘结抗剪性能

永久性模板的使用可实现混凝土结构的快速施工,缩短工期,提高整体结构的承载能力和耐久性能。其界面粘结抗剪性能是确保永久性模板与混凝土协同工作的关键。本文设计并制作了3组不同强度混凝土试件和10组键槽式超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土(NC)复合试件,通过单面剪切试验和理论分析,系统研究了键槽密度、键槽间距、混凝土强度、养护条件等对键槽式UHPC-NC结合面抗剪性能的影响。结果表明:整体试件的裂缝与加载中心轴线呈一定角度,UHPC-NC结合面破坏发生于普通混凝土一侧。UHPC-NC荷载-滑移曲线细分为4个近似线性阶段,其极限滑移量均在0.9 mm以内。复合试件UHPC-NC的粘结面总剪切强度由粘结面接触摩擦力、水泥石-骨料相互作用、键槽-骨料互锁机制、剪切膨胀提供。合理的UHPCNC键槽界面在提高界面粘结抗剪强度的同时,可有效提高界面相对位移。在60℃蒸汽养护条件下,水泥石-骨料界面及UHPC-混凝土界面作用减弱。建立了键槽式UHPC-后浇NC界面抗剪承载力修正公式,其计算值与试验值具有较高的吻合度,大多数结果落在90%置信区间,置信区间之外的点,受试件养护龄期的影响。因此,要准确计算键槽式UHPC-NC复合试件抗剪强度还需要考虑养护龄期的影响,引入养护龄期修正参数。

钢桥面注浆式OGFC混合料铺装层剪切性能研究

以注浆式OGFC混合料为钢桥面铺装层,以改善传统钢桥面沥青混合料铺装层易出现推移、拥包、剥离等问题。并通过对钢桥面注浆式OGFC混合料铺装层进行层间抗剪性能和界面抗剪性能测试,研究了钢桥面注浆式OGFC混合料的剪切性能。试验结果表明,注浆式OGFC混合料具有良好的稳定性,且与传统的沥青混合料铺装材料相比,具有较好的层间抗剪性能和界面抗剪性能,可以满足钢桥面的使用。