PBL剪力连接件抗剪承载力计算方法研究

【目的】客观验证PBL剪力连接件的抗剪承载力计算公式的适用性和准确性。【方法】介绍木-混凝土组合梁和PBL剪力连接件研究现状,并从中选取5个具有代表意义的抗剪承载力计算公式,采用控制变量法对比分析不同的计算公式中混凝土立方体抗压强度和开孔钢板的开孔直径参数对剪力连接件极限承载力的作用规律,并优化组合梁的设计参数。【结果】结果表明:中国《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)、胡建华和郑双杰提出的抗剪承载力计算公式得出的计算结果准确率较高。【结论】本研究围绕影响PBL剪力连接件抗剪承载力计算公式的因素,从而得出通用性较好的抗剪承载力计算公式,其成果将为现代木-混凝土组合梁桥的设计及PBL剪力连接件的设计优化提供参考。

PBL剪力连接件力学性能研究进展

介绍了PBL剪力连接件(PBL shear connectors)的各种常见形式及其国内外的主要应用实例;从连接件的试验方法、破坏形态、极限承载力的影响因素和计算公式以及疲劳性能几个方面系统阐述了近年来国内外PBL剪力连接件的试验研究进展,其中重点阐述了连接件的极限承载力研究现状;并介绍了国内研究的一些新型PBL剪力连接件;最后,对今后PBL剪力连接件的进一步研究工作提出了建议。

PBL剪力连接件的疲劳试验与分析

为了研究PBL(Perfobond Leiste)这种新型剪力连接件的抗疲劳性能,基于深圳南山大桥剪力连接件的尺寸和要求,设计并制作了6个PBL剪力连接件的推出试件进行疲劳试验.试验在MTS815机器上进行,采用常幅正弦波荷载,加载频率为3Hz,试验应力比为0.1.通过对试件进行常幅荷载的循环加载,观察试件中钢与混凝土块的相对滑移、连接件的破坏模式、疲劳寿命以及应变的特征等.试验结果表明:主要开裂方向为连接件底部斜向下呈45°,裂缝的宽度同裂缝与竖向的夹角成反比;疲劳荷载作用时,PBL连接件的抗疲劳性能良好,孔径越大试件的疲劳寿命越长;试验从一定程度上说明腹板越厚和疲劳荷载幅值越小,滑移量的增长速度越慢,同时孔径越大和疲劳幅值越小,滑移量的增长速度也越慢.

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。

PBL剪力连接件抗剪承载力试验研究

为建立组合桥梁中开孔钢板剪力连接件(PBL)剪力连接件的抗剪承载力计算公式,开展8个PBL连接件的单调加载推出试验。着重研究静载下不同承压方式、混凝土强度、开孔数量和贯穿钢筋直径对连接件抗剪承载力的影响。基于变形协调条件分析端部混凝土、孔内混凝土榫和贯穿钢筋对单孔连接件极限承载力的贡献;多孔连接件的抗剪承载力则在考虑应力重分布的基础上将单孔连接件承载力进行叠加。试验结果表明:提出的PBL连接件抗剪承载力计算模型物理意义明确,计算结果精度较高,可用于单排PBL剪力连接件的承载力计算。

PBL剪力连接件抗力分项系数计算研究

为了便于钢-混组合结构PBL剪力连接件设计,结合大量试验数据与作用统计参数,考虑规范规定车辆荷载与超载车辆荷载,采用JC算法逆运算求解PBL剪力连接件承载力抗力分项系数。首先根据国内外文献资料,统计PBL剪力连接件承载力的试验数据、作用统计参数与其组成材料的力学性能统计参数,采用误差传递公式计算出PBL剪力连接件抗剪承载力的均值比与变异系数;然后运用JC算法的逆运算求解抗力分项系数,得到PBL剪力连接件承载能力极限状态设计表达式。结果表明:对于恒载与汽车荷载作用下的PBL剪力连接件抗剪承载能力抗力分项系数,规范规定的车辆荷载作用下建议取1.1,超载车辆荷载作用下建议取3.24,该成果可以应用于PBL剪力连接件承载力极限状态设计。

PBL剪力连接件承载力计算

PBL剪力连接件是一种新型的剪力连接件,具有较高的抗剪承载力。阐述了连接件的破坏机理,分析了混凝土强度、开孔钢板孔洞直径和个数、钢板端部截面积以及贯穿钢筋的直径和强度对PBL剪力连接件承载力的影响。并根据这些试验结果回归出了有和没有端部混凝土承载作用时PBL剪力连接件极限承载力的计算表达式。

钢-混凝土组合结构中PBL剪力连接件极限承载力比较

近年来,钢-混凝土组合结构应用的越来越广泛,其中剪力连接件是其最关键的部位,而PBL剪力连接件是近年来应用较多的新型剪力连接件。文章分析了国内外不同学者给出的PBL剪力连接件的极限承载力的计算公式的差别,并对以后PBL剪力连接件的进一步研究工作提出了建议。

CFRP加固PBL剪力连接件的抗拉拔性能试验

试验共制作了8个试件,其中包含4个CFRP加固后的PBL剪力连接件与4个未加固的PBL剪力连接件。使用一套液压加载装置进行了测试试验,测得了试件的极限抗拉拔承载力、相对位移,观察分析了试件的破坏模式,并比较了CFRP加固前后不同埋置深度对试件极限抗拉拔承载力、初始开裂荷载以及破坏模式的影响。试验结果表明:CFRP加固后,PBL剪力连接件的抗拉拔性能显著提升,加固前后试件的极限抗拉拔承载力最高可增加66.9%;不同埋置深度CFRP加固的效果不同,埋置深度较浅的PBL剪力连接件的加固效果优于埋置深度较深的PBL剪力连接件。

PBL剪力连接件荷载-滑移关系试验研究

依据13组45个试件的静载破坏试验,分析了混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度对PBL剪力连接件在不同加载时期的荷载-滑移关系的影响。针对单排剪力连接件和双排剪力连接件,分别提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式。公式呈幂函数形式,其幂常数与混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度有关。

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC组合箱梁桥工程背景,进行了4个PBL连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为:在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。

单孔PBL剪力连接件疲劳性能试验研究

为研究PBL剪力连接件在疲劳荷载作用下的力学性能,完成了2组10个单孔PBL剪力连接件的等幅疲劳推出试验。分析PBL连接件在有、无贯通钢筋两种形式下的疲劳破坏模式,及受剪承载力、剪力-滑移关系受疲劳荷载的影响。通过建立单孔PBL连接件的损伤指标考察其疲劳损伤规律。试验结果表明:无贯通钢筋的PBL剪力连接件的疲劳损伤指标随循环加卸载逐渐趋于稳定,难以发生疲劳破坏;设置贯通钢筋的PBL剪力连接件的疲劳损伤表现为贯通钢筋断裂,PBL剪力连接件的疲劳损伤速度先慢后快,平均残余变形随疲劳荷载循环单调递增,其变化规律符合二次抛物线形式。

PBL剪力连接件破坏形态的试验研究

鉴于PBL剪力连接件破坏形态的重要性,基于现有试验结果对连接件的破坏形态进行了分类总结;通过不同破坏形态下典型试件的试验结果分析,指出了对混凝土榫破坏形态认识上的不足。通过3组9个试件的破坏试验对混凝土榫的破坏形态进行了试验研究,并根据试验结果阐明了混凝土榫不同破坏形态的成因。研究结果表明:在3种混凝土榫破坏形态中,混凝土榫剪切破坏下连接件的承载能力最高、刚度衰减速度最慢;混凝土压缩破坏是由垂直于钢板面的横向约束不足造成的,混凝土割裂破坏是由钢板厚度过薄使孔内混凝土质量无法保证造成的;为保证极限承载状态下发生混凝土榫剪切破坏,PBL剪力连接件需具备足够强的垂直于钢板面方向的横向约束及足够厚的开孔钢板。

PBL剪力连接件受力性能的有限元分析

为验证有限元分析方法研究PBL剪力连接件受力性能的可行性和准确性,首先,应用ANSYS有限元软件建立了某大桥PBL剪力连接件的实体模型;其次,基于有限元模型,对影响PBL剪力连接件受力性能的混凝土强度等级、钢板开孔直径、贯穿钢筋直径、贯穿钢筋强度、是否设置贯穿钢筋等5个影响参数值进行分析;最后,将有限元计算结果与推出试验得出的数据和经验公式计算的数据进行对比分析。结果表明:在相应影响参数下,有限元计算结果与两组数据的差异均在合理的范围内;应用ANSYS对PBL剪力连接件的受力性能进行有限元分析是可行的,可以辅助推出试验和经验公式对PBL剪力连接件进行研究。

PBL剪力连接件的破坏形态分析

为了探明PBL剪力连接件的破坏机理,基于大量推出试验结果对PBL剪力连接件的所有破坏形态进行了总结分析。对大量推出试验结果进行了系统的总结,将PBL剪力连接件的破坏形态分为四大类;基于每类破坏形态下的典型PBL剪力连接件试验情况,对每类破坏形态的承载特点进行了深入分析,针对每类破坏形态的破坏机理进行了分析,为PBL剪力连接件的破坏机理分析提供了依据。

PBL连接件抗剪承载力计算研究

分析了国内外不同学者基于推出试验得出的PBL剪力连接件抗剪承载力计算公式,运用这些公式对诸学者各自的有钢翼缘PBL剪力连接件推出试验试件进行了承载力计算。通过对比分析公式计算结果与试验结果,讨论各种不同抗剪承载力计算公式的适用性和准确性。结果表明,Verissimo和Medberry提出的计算式分别适用于孔洞中无贯穿钢筋和有贯穿钢筋的PBL剪力连接件。

钢锚板式钢-混组合索塔锚固区PBL剪力键传力机理分析

索塔采用混凝土、锚固区采用钢锚板的斜拉桥索塔锚固体系,构造简单,受力合理。本文针对这种新型锚固体系中PBL剪力键进行了静力性能有限元分析,分析结果表明,在沿整个PBL键穿孔钢筋长度方向上,传力主要集中在钢锚板附近的长度;对于多层PBL键穿孔钢筋,沿着竖向方向从上到下PBL键穿孔钢筋传递的力逐渐减小;当增大PBL键穿孔钢筋直径或增加钢锚板厚度时,PBL键的应力和位移都随着减小;不考虑钢锚板与混凝土之间的粘结作用时,与钢锚板接触但无粘结作用的混凝土应力水平较低且分布均匀。这种新型锚固体系采用PBL剪力键作为钢构件与混凝土之间的连接件能很好的利用材料性能,受力性能良好。

格构柱式组合塔吊基础承台与格构柱连接方式研究

为确定格构柱式组合塔吊基础承台与格构柱锚固连接方式的优劣,以便施工中进行选择,构造了锚筋、栓钉、PBL剪力键等3种可行的锚固措施并进行承载力对比。结果表明,PBL剪力连接件的锚固承载力明显优于常规的锚筋做法,可以作为格构柱与基础承台的有效锚固措施。

开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土组合板有限元分析及参数研究

采用有限元软件ABAQUS对带PBL剪力连接件的钢-混凝土组合板进行了三分点加载模拟,有限元中考虑了混凝土的非线性本构关系、钢板与混凝土之间的非线性接触关系。将模拟结果与试验数据进行对比,结果表明:有限元分析能较好地模拟钢-混凝土组合板的受力全过程。在探讨误差产生的原因的同时,对影响组合板受力性能的因素进行分析。结果表明:孔距和贯穿钢筋对组合板的抗弯极限承载力影响较小,对组合板的刚度影响较大。最后提出了带PBL剪力连接件的钢-混凝土组合板的抗弯承载能力理论计算公式,对参数进行重要性分析后得到满足实际工程应用的简化计算方法。

分体式钢箱组合梁在山区峡谷地区的运用

针对冷竹关大桥桥位处的工程地质情况,提出并分析了钢箱梁、钢桁组合梁、分体式钢箱组合梁3种桥型方案的优缺点,最终选用了分体式钢箱组合梁的变更设计方案。采用有限元软件对该桥进行了施工阶段分析与验算,计算结果表明主梁在顶推施工及梁上运梁过程中,主梁的强度及挠度均满足设计要求。