混合结构PBL剪力键群承载力试验研究

混合结构中钢混结合段的剪力传递直接取决于剪力键群的承载力。为研究混合结构PBL剪力键(perfobond rib shear connector)群的承载力,进行9组18个多排剪力键的静载试验,分析PBL剪力键群试件加载全过程的滑移分布及负载特征,并从单个剪力键的荷载-滑移分布出发,结合各排剪力键层间滑移的分布规律,通过累加各排剪力键滑移分布对应的荷载,提出剪力键群承载力的计算方法。同时根据对大量测试数据的统计分析,给出PBL剪力键群正常使用极限荷载的指标。试验研究表明:混合结构中单个PBL剪力键的荷载-滑移关系可用Buttry渐进曲线表述;PBL剪力键群各排剪力键的层间滑移服从二次曲线分布;PBL剪力键群正常使用极限荷载可取剪力键群平均滑移量0.2mm所对应的荷载。所提出的计算方法很好地解决了当前PBL群承载力计算上的不足,计算公式与试验结果吻合良好。

PBL剪力连接件群传力机理研究Ⅱ:极限承载力

以PBL剪力连接件群传力机理试验模型为研究对象,采用所建立的荷载-滑移变形协调理论模型及其求解方法对PBL剪力连接件群的传力机理及其极限承载力进行研究。通过与试验结果及三维非线性仿真分析结果的对比进一步验证求解方法的有效性。对PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力的系统研究表明:其荷载传递过程实质上是外荷载作用下钢构件、混凝土构件及各层PBL剪力连接件的刚度、变形及荷载的协调过程,三者耦合影响并共同决定剪力连接件群的传力机理及其极限承载力。鉴于PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力的复杂性,就钢构件、混凝土构件以及PBL剪力连接件等关键影响因素及其效应进行研究,在此基础上对于PBL剪力连接件群的设计理念和设计方法进行探讨,指出PBL剪力连接件群设计需注意的问题及需考虑的主要因素。

PBL剪力连接件群传力机理研究(Ⅰ)——理论模型

在混合桥塔、混合梁以及混合拱等新型组合结构中,需通过剪力连接件群在有限长度的钢-混凝土连接段内实现较大的荷载传递。该类结构对于设计理念、分析理论与计算方法提出新挑战,同时也对剪力连接件本身提出更高要求。根据PBL剪力连接件的受力特性,基于钢构件与混凝土构件的层间相对滑移和各层剪力连接件所承担荷载之间的关系,建立PBL剪力连接件群的荷载-滑移变形协调理论模型。以该理论模型为基础,提出PBL剪力连接件群的荷载-滑移变形协调计算方法。理论及试验研究表明,所建立的理论模型能够反映PBL剪力连接件群的力学行为本质;所提出的计算方法具有物理意义明确、求解简便、计算效率高、便于应用等特点。该理论和方法为PBL剪力连接件群传力机理及其极限承载力研究奠定了理论及方法基础。

钢—混组合桁架节点处PBL剪力键群受力性能研究

采用有限元分析软件ABAQUS建立整体耳板式、分离耳板式和外接式3种钢—混组合桁架节点的简化模型,计算1倍、2倍、3倍设计荷载作用下各类型节点处PBL剪力键的水平和竖向滑移,然后根据单根PBL剪力键的荷载—滑移关系反推PBL剪力键的负载,进而研究PBL剪力键群的负载分布规律及其受力性能。结果表明:节点处同行PBL剪力键的水平负载分布呈"不平衡对称"模式,竖向负载分布呈"反对称"模式,PBL剪力键群的负载以水平方向为主,且荷载中心线与PBL剪力键群中心线不重合是导致PBL剪力键群水平负载不均匀程度增加的主要原因;随荷载的增加,PBL剪力键群的水平负载最终趋于相对均匀,而其竖向负载的不均匀性无明显变化;依据工程要求,提出将单根剪力键负载控制在其弹性极限荷载内或在0.576倍极限承载力内的校核方法,以保证疲劳破坏不从剪力键群开始或疲劳寿命在200万次以上的设计要求,据此对3种类型节点处PBL剪力键群的校核结果表明,其强度和疲劳性能均能满足要求;整体耳板式节点的强度储备最大,外接式次之,分离耳板式最小。

传递拉力的PBL剪力键群逐步扩大子结构法

为提高对PBL剪力键群的计算分析能力,针对传递轴向拉力PBL剪力键群边界条件简单,复杂的整体结构由构造相同的简单结构组成的特点,以单孔PBL剪力键荷载-滑移曲线为基础,以钢构件、混凝土构件的平衡条件及位移协调条件为依据,结合子结构法求解复杂结构的思路,提出了求解PBL剪力键群传力机理的逐步扩大子结构法;通过与2孔、5孔和6孔PBL剪力键群传力机理有限元分析结果对比,验证了该方法的正确性。研究结果表明:剪力键群中各剪力键承担的荷载不仅与总荷载有关,而且与剪力键的位置及其刚度有关,设计时应综合考虑。