装配式混合连接钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了实现小跨径钢-混凝土组合梁桥的快速装配化,在传统装配式钢-混凝土组合梁中引入胶结连接件。为了研究小跨径装配式混合连接钢-混凝土组合梁的力学性能及连接可靠性,设计并制作了2榀10 m跨径组合梁足尺试件,并进行了抗弯性能静力试验。通过对组合梁整体及界面的破坏模式观察,及加载过程中试件的承载力、下挠程度、界面滑移与应变值的测定,得到了荷载-挠度曲线、荷载-界面滑移曲线、应变沿截面高度分布曲线,分析了试件的抗弯承载力、刚度、界面滑移性能和平截面假定的符合性。结果表明,装配式混合连接组合梁具有较好的塑性变形能力,其刚度和强度均满足规范要求,具有较高的安全储备;钢梁与混凝土板连接界面的滑移很小,计算时可不考虑连接界面的滑移影响;在3倍工作荷载内跨中和1/4跨的截面应变符合平截面假定。最后,结合钢-混凝土组合桥梁设计规范(GB 50917—2013)与国外相关文献中的公式,给出了该装配式混合连接组合梁的抗弯承载力计算方法,并通过理论计算与试验结果的对比,验证了该计算方法的合理性。

钢-混凝土组合梁螺栓连接件受剪性能试验研究

传统螺栓连接件的直径小于钢梁预留孔的孔径,导致螺栓与孔壁存在间隙,容易引发钢梁与上部混凝土板间发生相对滑移使组合梁挠度增大。为尽量减小或消除上述间隙,本文引入铰制孔螺栓和螺纹孔螺栓作为组合结构的剪力连接件,并提出锥套自锁螺栓连接件。设计并开展了8个螺栓连接件推出试验,基于各试件的荷载-滑移曲线,研究了3种螺栓连接件与传统螺栓连接件间的抗剪承载力、滑移能力及抗剪刚度等受剪力学性能的具体差异。研究结果表明:3种螺栓连接件的破坏形态与传统螺栓连接件表现一致,均为螺栓杆剪断,混凝土无压溃现象;3种螺栓连接件的抗剪承载力均接近于传统螺栓连接件的抗剪承载力;基于试件的荷载-滑移曲线,3种螺栓连接件均可分为弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;3种螺栓连接件的延性系数和抗剪刚度均明显优于传统螺栓。综合考虑力学性能、施工性能和经济性,本文建议选用铰制孔螺栓用于组合结构的剪力连接件。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

装配式钢-混凝土混合结构体系防火防腐防水系统施工技术研究

文中探讨了装配式钢混混凝土结构系统的防火、防腐、防水系统的建设工艺,提出了通过大型有限元分析软件建模的优化设计方法和实际工程项目的受力性能分析。测试研究包括针对结构安全性和功能性进行优化研究的破坏分析和外围护系统性能测试的设计试件。

钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别研究

为研究曲率模态差指标(D)和柔度曲率变化率指标(R)的损伤识别方法在钢-混凝土组合梁剪力连接件损伤识别上的可行性,采用有限元软件MIDAS建立钢-混凝土组合梁模型,通过有限元软件对钢-混凝土组合梁不同损伤程度的剪力连接件进行模拟分析。分析结果表明:在简支梁情况下两种方法各有优劣,在连续梁情况下模态曲率差指标(D)识别效果更好。

钢-混凝土组合梁中栓钉连接件抗剪承载力研究

采用数值方式研究了钢-混凝土组合梁中栓钉连接件的抗剪力学性能。主要分析了栓钉直径、栓钉抗拉强度、混凝土强度及混凝土板厚对栓钉连接件抗剪承载力的影响。其研究结果表明:栓钉直径、栓钉抗拉强度、混凝土强度对栓钉连接件的抗剪承载力影响较大,而混凝土板厚对栓钉连接件抗剪承载力影响较小。目前各国现行规范中,美国规范对栓钉连接件的承载力评估较为可靠,其余各国规范均过于保守。

装配式双拼槽钢-混凝土组合梁抗弯刚度试验研究

提出一种新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁。为研究该组合梁的抗弯刚度,对7根组合梁的受弯性能进行试验,试验参数为混凝土翼缘板宽度、槽钢型号和抗剪连接件间距。首先,研究双拼槽钢-混凝土组合梁的协同工作性能和各参数对双拼槽钢-混凝土组合梁抗弯刚度的影响。然后,根据能量变分法和界面滑移模型,建立装配式双拼槽钢-混凝土组合梁的控制微分方程,并基于最小势能原理推导该组合梁考虑滑移效应的挠度计算公式。研究结果表明:组合梁整体工作性能良好,两侧预制模块能协同工作,高强螺栓能有效约束2个预制模块的分离;钢板连接件能有效传递界面剪力,槽钢与混凝土板之间有较强的组合作用;增加混凝土翼缘板宽度对装配式双拼槽钢-混凝土组合梁的抗弯刚度提高幅度较小;增大槽钢高度,装配式双拼槽钢-混凝土组合梁刚度显著提高;当槽钢型号由[32b转换为[40b时,抗弯刚度提高117.8%;抗剪连接件间距由250 mm增大到750 mm,组合梁抗弯刚度降低6.9%;组合梁考虑滑移效应的挠度计算公式理论值与实验值吻合良好,可为装配式双拼槽钢-混凝土组合梁在实际工程中的设计与应用提供参考。

收缩徐变对钢-混凝土组合梁界面行为影响的有限元分析

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-混凝土组合梁长期性能分析的有限元模型,其中界面行为通过建立混凝土板与钢梁之间对应节点的主从关系及特殊单元予以模拟。对比集中荷载作用下简支梁的计算结果与已有文献,验证所提方法的有效性。在此基础上研究收缩徐变对钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响。结果表明,收缩徐变共同作用使得简支钢-混组合梁的界面滑移随着时间有较大程度地增加,但单独的收缩效应反而使界面滑移减小,尽管变化量可忽略不计;同时,由于界面剪力与滑移的正相关性,收缩徐变效应也使得端部界面剪力随时间增大,呈现出前期增长很快而后期增长缓慢的特点。

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明:抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏4个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。

预制装配式栓钉连接件钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为适应装配式钢-混凝土组合梁的发展需求,研究了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填充高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁。通过梁式试验获得了该装配式组合梁的极限承载力、荷载-挠度关系、界面荷载-滑移关系以及截面的应变分布规律,并与普通现浇钢-混凝土组合梁的抗弯力学性能进行对比分析。试验结果表明:所有试验组合梁均发生弯曲破坏,装配式组合梁的抗弯承载能力稍好于现浇组合梁的抗弯承载能力。采用我国现行《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的组合梁塑性设计方法可偏于安全地预测该装配式组合梁的抗弯承载力,该组合梁预制装配方法可供工程实践参考。

新型全装配钢-混凝土组合梁连接件推出试验研究

该文主要研究一种新型全装配钢-混凝土组合梁,由预制楼板和钢梁通过新型抗剪连接件(以下简称“紧固件”)组合为一体,紧固件固定于预制楼板的钢导槽上,预制混凝土楼板和钢梁界面的荷载传递主要通过紧固件和钢导槽之间的摩擦来实现。为了更好地研究紧固件和钢导槽的性能,对3组试件进行推出试验,研究了不同钢导槽形式、循环加载及紧固件数量对抗剪性能的影响。试验结果表明:紧固件和钢导槽都表现出较好的性能,试件的荷载-滑移曲线可分为3段;钢导槽截面高度较小时约束作用明显;循环加载可提升紧固件的抗剪承载力和刚度;该文推导的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合较好。

顺德大桥钢-组合结构混合桥塔受力性能分析

顺德大桥索塔采用上塔柱为钢结构桥塔、下塔柱为钢-混凝土组合结构桥塔的混合结构桥塔,结构设计新颖。为了探明新型混合结构桥塔的受力性能,建立考虑连接件受力的精细化有限元模型,研究钢塔-组合塔结合段的传力机理和受力分布规律。研究结果表明:钢塔-组合塔结合段传力的关键是使组合塔中的混凝土受力,设置承压板能够有效提高荷载传递效率,降低钢结构局部应力和连接件受力;通过格室型构造和钢-混凝土连接件能够保证两者有效结合、共同受力。

基于钢板-钢管混合连接的木混凝土组合梁推出试验

基于钢板-钢管混合连接,提出了木混凝土组合梁的预制装配连接形式,采用短期推出试验和长期加载试验分别研究了钢板-钢管混合连接的短期与长期抗剪性能。通过推出试件的短期破坏性试验,研究钢板-钢管连接的破坏模式、极限承载力和滑移刚度等性能;通过长期加载试验,分析钢板-钢管连接的长期滑移和蠕变系数,长期加载中考虑了相当于连接件短期承载力的10%和20%两种荷载比的影响;对加载近470 d后的长期试件进行破坏性推出试验,分析长期加载对其极限承载力和滑移刚度的影响。结果表明:钢板-钢管连接的极限承载力超过130 kN,初始状态的滑移刚度为45.9 kN/mm;通过短期推出试验和长期加载后的推出试验对比发现,钢板-钢管连接件受到长期荷载作用后,极限承载力和滑移刚度无明显下降,呈现出较好的长期性能。

钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件受剪性能

采用ABAQUS有限元软件对钢-混凝土组合梁高强螺栓抗剪连接件的受剪性能进行三维实体有限元非线性分析,模型考虑钢梁、混凝土板和高强螺栓等材料非线性以及各部件之间的接触关系,在试验验证的基础上探讨混凝土强度以及高强螺栓直径、屈服强度、长径比和预紧力等参数对抗剪承载力的影响,分析结果表明:高强螺栓连接件的抗剪承载力随混凝土强度、螺栓直径与屈服强度的增大而提高。通过拟合建立考虑混凝土强度、高强螺栓直径和屈服强度影响的单个连接件抗剪承载力计算式,并对现行规范中栓钉受剪计算公式和国外学者及本文提出的高强螺栓受剪计算公式的计算值进行比较,结果表明本文提出的计算式具有较高的精度。

部分剪力连接钢-混凝土组合梁的非线性有限元分析

在受弯承载力和变形许可的条件下 ,钢 -混凝土组合梁采用部分剪力连接 ,不但可以降低造价 ,而且方便施工。采用大型有限元软件ANSYS作为仿真分析工具 ,通过自定义一种非线性弹簧单元 ,探讨了均布荷载作用下的钢 -混凝土简支组合梁在不同剪力连接程度系数下的受力性能 ,并将有限元计算结果与已有的试验结果作比较 ,验证了计算结果的合理性。其结论还可以指导实际工程中组合梁剪力连接程度的选择。

装配式钢筋混凝土柱-钢梁混合连接节点抗震性能研究

结合国内某预制装配式公建项目,选取地上1层受力较不利的装配式钢筋混凝土柱-钢梁混合连接节点进行抗震性能分析。结合有限元方法,分别进行节点静力工况分析和拟静力工况分析,从节点应力、应变、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等方面进行全面研究。计算结果表明:装配式钢筋混凝土柱-钢梁混合连接节点在多遇地震下处于弹性受力状态,在罕遇地震状态下具有良好的抗震性能,满足抗震设计要求。

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。

装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝受力性能研究

为探究适用于装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝的连接性能,设计制备了3个足尺组合梁预制混凝土板湿接缝连接模型试件,采用试验和理论方法研究了预制混凝土板湿接缝连接构造和混凝土强度对连接件抗剪承载力的影响。研究结果表明:采用C50微膨胀混凝土作为后浇带的试件极限承载力是整体式桥面板试件的88%,采用超高性能混凝土(UHPC)作为后浇带的试件极限承载力是整体式桥面板试件的92%;采用UHPC材料可充分发挥其优异性能,显著减小后浇带的尺寸,且能有效保证预制混凝土板的整体性;基于试验结果提出考虑钢筋不均匀应力影响和后浇带影响的装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土湿接缝承载力计算公式。

部分抗剪连接钢-混凝土组合梁抗弯极限承载力的实用计算方法

在承载力和变形许可的条件下,钢-混凝土组合梁采用部分抗剪连接可以方便施工、降低造价.由于没有考虑界面纵向滑移及竖向掀起效应的影响,钢结构设计规范中,部分抗剪连接组合梁抗弯强度的计算值在某些情况下将偏于不安全.通过对规范中部分抗剪连接和完全抗剪连接组合梁抗弯强度计算的对比分析,并结合国内4根部分抗剪连接组合梁的试验研究结果,建立了考虑界面纵向滑移及竖向掀起影响的部分抗剪连接组合梁受弯极限承载力的计算方法.计算结果表明,按照该方法得到的计算值与实测值吻合良好.

钢-混凝土组合梁开孔钢板连接件受力性能的试验研究

通过一片带有双排开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁的两点对称加载试验,对交界面处混凝土板与钢梁的相对滑移、交界面处应变差、跨中截面的应变发展变化以及横向贯通钢筋的荷载-应变关系等进行了分析,进而研究了开孔钢板连接件的受力和抗滑移性能。结果表明,该连接件受力性能较好,抗滑移性能明显优于栓钉连接件。