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。

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。

不同波高的波折板连接件的抗剪性能试验研究

波折开孔板连接件是一种新型剪力连接件。通过对设计、制作的6个波折板连接件和两个平开孔板连接件试件在单调静力荷载作用下的推出试验,主要研究波高不同对连接件抗剪性能的影响。得出了两种连接件试件的荷载-滑移曲线、荷载-应力曲线、横向贯穿钢筋的荷载-应变曲线及破坏形态。结果表明:波折板连接件的荷载-滑移曲线大致可分为无滑移阶段、弹性阶段和塑性发展阶段;其受剪承载力和抗剪刚度随着波高的增加而增大;与平板连接件相比,具有承载力更高、抗滑移性能更好、延性较好等优点。

T型开孔波折板连接件抗剪承载力有限元分析

采用ABAQUS建立有限元模型,分析了T型开孔波折板连接件的抗剪性能。研究了连接件构件的荷载-滑移特性、不同构造参数对抗剪承载力的影响,以及贯穿钢筋的应变、T型开孔波折板连接件的应力随荷载的变化规律。结果表明:T型开孔波折板连接件的荷载-滑移曲线基本可分成弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段;T型开孔波折板连接件焊接边的应力大于自由边,T型开孔波折板连接件的贯穿钢筋下侧拉应变随钢筋直径减小而增加;与开孔波折板连接件相比,T型开孔波折板连接件的受剪承载力提高了27%;提高混凝土强度等级、配置贯穿钢筋以及增加其直径和连接件的高度,可提高T型开孔波折板连接件的抗剪承载力。

开孔波折板连接件在组合柱中连接性能的有限元分析

采用ABAQUS有限元软件,对已有的设置开孔板的型钢混凝土柱进行模拟分析,应用试验数据验证了模型的合理性。在此基础上,为了研究开孔波折板连接件在组合柱中的连接性能,对具有布置开孔波折板连接件的型钢混凝土柱进行有限元模拟,并将模拟结果与布置开孔板连接件的型钢混凝土柱的模拟结果进行对比,分析了型钢与混凝土接触面处的相对滑移及分布规律、两种连接件的受力情况。研究表明:在组合柱柱身上面布置相同高度的连接件,开孔波折板连接件的连接性能明显优于开孔板连接件。

开孔波折板连接件在组合梁中连接性能的试验研究

为了研究开孔波折板这一新型连接件在组合梁中的连接性能,设计对3根具有不同参数新型连接件的组合梁试件进行了单调加载试验,通过对试验结果的对比、分析,研究了栓钉、PBL和开孔波折板三种连接件以及不同参数的波折开孔板连接件对组合梁抗弯性能的影响。研究结果表明,上述三种连接件组合梁的破坏形态有较大差异,PBL和波折开孔板连接件组合梁相比传统栓钉连接件组合梁开裂荷载能提高20%以上,研究还表明波折开孔板连接件的波高由50 mm变为70 mm后开裂弯矩Mcr和屈服弯矩My分别提高了12%和26%,间距由150 mm变为100mm后开裂弯矩Mcr和屈服弯矩My分别提高了7%和27%。

基于波折开孔钢板连接件组合梁界面特性有限元分析

波折开孔钢板是一种新型剪力连接件。为了研究设置有波折开孔板连接件的组合梁的界面特性,对具有双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁进行了有限元模拟,分析计算了混凝土板与钢梁上翼缘交界面处的相对滑移及其分布规律、应变差及其分布规律、波折开孔板连接件及贯穿钢筋的受力情况。对比试验结果表明,波折开孔钢板连接件的抗滑移性能、抗剪性能良好,混凝土板和钢梁具有良好的协同工作性能。

隧道波纹板套衬连接件承载力试验研究

隧道波纹板套衬结构多采用螺栓搭接的连接方式,为了解这种连接方式的受力特性,本文设计了多组波纹板连接件试件,通过试件的静力抗压试验,研究了不同波形及壁厚条件下波纹板螺栓受剪破坏现象和力学性能。结果表明:波纹板连接件的承载力较相应平板连接件下降较为明显,波纹板的板厚对连接性能影响较大,而波高影响较小;在5,6,8 mm 3种厚度下200 mm×55 mm,230 mm×64 mm,300 mm×110 mm波形波纹板的平均承载力相当于平板承载的88.3%,85.1%,81.2%;波纹板连接件强度可按照平板状态下承压面承载力进行折减。

特大跨径波形钢腹板连续箱梁桥设计与分析

以主跨160m的特大跨径波形钢腹板连续箱梁桥为背景,对波形钢腹板连续箱梁桥的箱梁主体、波形钢腹板、抗剪连接件等构造设计进行了详细介绍。参照现行桥梁规范及国外相关规定,利用Midas Civil有限元软件,对桥梁结构及重要构件进行了静力分析,为今后波形钢腹板桥梁的设计与计算提供参考。

重复荷载作用下开孔波形板连接件滞回性能的试验研究

开孔波形板连接件是一种新型剪力连接件,通过对6个开孔波形板连接件试件在重复荷载作用下的滞回性能试验,研究了开孔波形板波高、孔径、贯通钢筋直径对波形板连接件滞回性能的影响。结果表明,开孔波形板连接件较传统连接件而言,滞回曲线饱满,耗能能力强。随着波高的增大,滞回环更加饱满,耗能能力更强,且曲线下降平缓,延性得到提高;当孔径增大时,试件的延性和耗能能力同样得到一定的提高;随着贯通钢筋直径增大,试件初始弹性刚度增大,滞回环更为饱满,且具有明显的平缓下降段,延性和耗能能力增强。

基于波折开孔钢板连接件的组合梁受力性能试验研究

波折开孔板是一种新型钢-混凝土组合梁的连接件,为研究设置有波折开孔钢板连接件的组合梁在静载作用下的受力性能,通过双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁模型的两点对称加载试验,探讨组合梁截面应变沿梁高的分布及跨中挠度随荷载变化的规律,分析混凝土板与钢梁交界面的界面特性及贯穿钢筋的受力情况、混凝土板的掀起作用等,对比同等条件下具有平板开孔板连接件的组合梁交界面相对滑移性能。结果表明:该组合梁具有良好的抗弯性能,截面应变符合平截面假定;波折开孔钢板连接件具有较高的抗剪能力和连接性能,混凝土与钢梁交界面相对滑移量小,研究结果为波折开孔板连接件在大型组合结构中的应用提供理论基础。

开孔波折板连接件破坏机理及承载力试验研究

通过18组开孔波折板连接件的静载推出试验,研究了连接件的荷载滑移性能、应变(应力)发展规律和破坏机理,探讨了混凝土强度等级、开孔直径、贯穿钢筋直径及数量、波高、波折角度、开孔个数、双板间距等因素对开孔波折板连接件承载力和抗剪刚度的影响。结果表明,各组试件具有相似的滑移趋势,设置贯穿钢筋的连接件表现出塑性破坏特征;开孔波折板波折面受到较大的混凝土局压作用,焊接边钢板应力大于自由边钢板应力,贯穿钢筋应变随连接件波高的增加而减小;提高混凝土等级、增大开孔直径、增大贯穿钢筋面积和数量、增大波高等措施可提高开孔波折板连接件的受剪承载力,改变波折角度对连接件的受剪承载力影响较小;随着混凝土强度等级、贯穿钢筋面积及波高的增加,试件抗剪刚度也随之增大,而其他因素的改变对抗剪刚度无明显的影响;提出了开孔波折板连接件受剪承载力的计算公式,计算结果能较好地吻合试验值。

钢-混凝土组合梁开孔波折板连接件受剪性能试验研究

通过12组不同参数的开孔波折板连接件试件进行单调加载受剪试验,研究了不同构造参数的连接件试件的破坏形态、荷载-滑移特性、构造参数对受剪承载力的影响,以及贯穿钢筋的应变、开孔波折板的von Mises应力随荷载的变化规律。研究结果表明:开孔波折板连接件的荷载-滑移曲线基本可分为无滑移阶段、弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;波高和混凝土强度对连接件的承载能力、抗剪刚度、滑移特性等影响显著;开孔波折板焊接边的von Mises应力大于自由边,折板段的vonMises应力大于平板段,开孔周边板的von Mises应力随荷载增加而增加;结构参数相同的试件,贯穿钢筋直径越小,其承担的剪力越大,连接件波高越大,贯穿钢筋承担剪力越小;与开孔板连接件相比,无贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了300%,设置贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了约200%。

组合梁的两种新型连接件抗剪滑移性能试验研究

开孔板和开孔波折板是钢-混凝土组合结构中的两种新型抗剪连接件。分别设计、制作了不同构造参数的开孔板和开孔波折板连接件剪切试件,完成了对比加载试验。研究了两种新型连接件剪切试件的破坏形态、荷载-滑移特性及相同构造参数下两种连接件的抗剪承载能力。研究结果表明:两种连接件均发生纵向劈裂破坏;开孔板连接件无明显的塑性滑移特性,开孔波折板连接件有明显的塑性滑移特性;波折面的局部承压对开孔波折板连接件的抗剪能力有较大影响;相同构造参数下,开孔波折板连接件的承载力约为开孔板的3倍。

双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙(13个波纹钢板试件、2个平钢板试件)的拟静力试验,观察了试件的破坏过程,获取了应变分布数据,分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明:与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比,竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高,承载力及刚度退化更为缓慢,延性更好;在承载力接近的情况下,双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的;设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低,使其破坏阶段的承载力退化减缓,且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性,防止其发生面外破坏;试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力,但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快,延性变差;增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度,对延性和耗能能力影响并不显著;采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。

嵌入式波形钢板剪力键推出试验及数值分析

为探究波形钢板剪力键的抗剪性能和破坏机理,设计了开孔和无孔2类波形钢板剪力键试件,进行推出试验研究。测试了试件的抗剪刚度、抗剪承载力、加载过程及破坏模态,随后采用有限元软件对试验全过程进行模拟,并开展波形钢板剪力键构造参数分析,探讨了混凝土强度、钢板厚度和高度的影响。根据试验和有限元分析结果,提出了波形钢板剪力键承载力计算公式。研究结果表明:波形钢板剪力键具有较高的抗剪承载力和良好的延性,当荷载-滑移曲线进入水平段后,仍能承受较大的相对变形,同时保持承载力不降低。无孔类剪力键依靠倾斜钢板材料的屈服来传递剪力,抗剪承载能力较高;开孔类剪力键主要通过倾斜钢板传递剪力,贯通钢筋和混凝土榫也能发挥一定的抗剪作用。剪力键开孔及设置贯通钢筋能增强混凝土板的整体性,开孔类剪力键试件的裂缝分布范围更大。试件破坏时,波形钢板剪力键发生明显变形,钢材达到极限强度,材料的利用效率高;波形钢板厚度、波形钢板高度和混凝土强度均是影响波形钢板剪力键抗剪承载力的关键因素,设计时需综合考虑并进行合理匹配,以便充分发挥各材料的性能;提出的波形钢板剪力键承载力计算公式与试验测试结果吻合较好。

钢-混凝土开孔钢板-FRP筋连接结合部横向抗弯性能研究

为研究开孔钢板-FRP筋复合连接的波形钢腹板与混凝土顶板结合部在横向角隅弯矩下的破坏特征和力学性能,设计了3个横向抗弯试件,以不同的贯穿筋为研究变量,进行了横向抗弯静力试验,试验中贯穿筋分别采用相同直径的BFRP筋、GFRP筋与普通HRB400钢筋,试验结果表明:不同贯穿筋的横向抗弯构件破坏特征不同,贯穿筋为普通钢筋的构件属于延性破坏,而贯穿筋为FRP筋的构件则表现为明显的脆性破坏特征;相比于贯穿筋为普通钢筋的试件,贯穿筋采用BFRP筋和GFRP筋的试件横向抗弯承载力及其延性均有所下降;贯穿筋为GFRP筋的试件与贯穿筋为BFRP筋的构件相比承载力有所降低,但其延性有所提高。