开孔板连接件剪切受力机理的试验研究

提出新的开孔板连接件抗剪承载力测试方法.共进行七组21个试件试验,测试开孔板连接件的荷载-滑移关系,观测开孔板连接件的破坏形态.结果表明:每组试件的荷载-滑移曲线重复性较好,验证了本文提出的测试方法的合理性.根据试验结果,分析开孔板连接件的破坏性质及影响开孔板连接件抗剪承载力的因素.     

开孔钢板铰缝连接构造推出试验与数值模拟

目的针对公路空心板混凝土铰缝易损坏现象,提出了开孔钢板连接构造,从而解决混凝土铰缝破坏后单板受力的安全问题.方法通过铰缝结构的推出试验,并观察试件的破坏过程和破坏形态,分析开孔板铰缝连接构造的破坏机理;针对铰缝结构的抗剪性能,采用有限元与推出试验相结合的方法,对开孔板铰缝连接构造进行数值模拟.结果在试验荷载刚开始作用于试件时,由于本身静摩擦力存在,结合面未发生滑移;随着荷载增加,结合面内部开始产生微裂纹,并逐步形成较大裂缝,开孔板、贯穿钢筋、混凝土榫及铰缝结合面共同承受外荷载;铰缝结合面产生贯穿裂缝,界面剪力完全由开孔板、钢筋混凝土榫承担,直至完全破坏.结论推出试验荷载-滑移曲线及试件的破坏形态验证了数值模拟方法的正确性,可为进一步对该新型结构抗剪性能及计算方法研究提供依据.     

波形钢组合桥面板中组合销剪力连接件的力学性能

为研究波形钢组合桥面板中组合销剪力连接件的力学性能,设计了6组试件进行推出试验,根据其荷载滑移曲线,对比研究了MCL形和PZ形组合销剪力连接件的破坏形态、承载力及椭圆孔的作用.采用有限元分析方法,分析了材料强度、组合销剪力连接件厚度、开孔位置及形状、贯穿钢筋等参数对承载力的影响.结果表明,2类组合销剪力连接件均为延性破坏,破坏时出现混凝土贯通裂缝.椭圆孔可明显提高组合销剪力连接件的极限承载力.相同条件下,MCL形组合销剪力连接件的极限承载力高于PZ形组合销剪力连接件.混凝土强度、钢板厚度、开孔形式、贯穿钢筋都是影响承载力的主要因素,而开孔位置对承载力基本无影响.设计时宜选用椭圆形开孔,合理选择板厚,避免出现钢失效破坏和钢材的浪费.     

钢-混组合结构开孔波折板剪力件静载推出试验

剪力件是组合梁桥中钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究开孔波折板剪力件的力学性能是该种连接件设计的关键环节。通过38个开孔波折板剪力件试件及8个开孔板(PBL)剪力件对比试件的静载推出试验,研究考虑不同参数影响的开孔波折板剪力件静载作用下的受力性能,并给出开孔波折板剪力件屈服承载力及极限承载力计算公式。研究结果表明:开孔波折板剪力件推出试验过程可以划分为外荷载达到屈服承载力之前的线性阶段、荷载由屈服承载力增加到极限承载力的塑性阶段以及破坏阶段;影响开孔波折板剪力件抗剪承载能力的主要参数为混凝土强度等级、开孔孔径、贯穿钢筋面积、开孔板厚度等。同等条件下,开孔波折板剪力件抗剪承载力比PBL剪力件提高约1.5倍;给出的计算公式物理意义明确,其计算结果与本文试验结果吻合较好,可用于开孔波折板剪力件的设计计算。     

开孔板和栓钉连接件抗剪性能试验研究及承载力计算

为了研究开孔钢板+栓钉连接件的抗剪性能,以栓钉直径和贯穿钢筋直径为变化参数,进行了5组共10个模型试件的抗剪承载力试验.基于国内外53个栓钉和96个开孔钢板模型试验结果提出了开孔板和栓钉连接件抗剪承载力计算式.研究结果表明:弹性阶段试件抗剪承载力由栓钉和开孔钢板连接件共同承担,栓钉失效后承载力出现迅速下降随后保持不变,该阶段抗力主要由孔内贯穿钢筋承担并表现出良好的延性;随栓钉和贯穿钢筋直径的增加试件抗剪承载力及初始刚度均提高,而延性则减小;采用栓钉连接件和开孔钢板连接件叠加作用以及考虑1.25倍安全系数的承载力计算公式,其计算值与试验结果吻合较好.     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪性能研究

针对正交异性钢板-超薄超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)(厚度为35mmUHPC板+20mm磨耗层)组合桥面板中,UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件形式的问题,提出一种新型钢筋网局部焊接抗剪连接件.通过推出试验测得了焊接抗剪件的荷载-滑移关系曲线和抗剪承载力,以某长江大桥为背景,对焊接抗剪件的布置方式进行了研究.试验结果表明:焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏,破坏前界面相对滑移较小,焊缝长度为50mm的焊接抗剪件极限抗剪承载力为119kN.与栓钉相比,相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移小,焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉.计算结果表明:钢-超薄UHPC组合桥面板在布置抗剪件时,需关注UHPC层底部受力.加大抗剪连接件布置密度可减小UHPC层底部横、纵桥向拉应力,降幅可达36.3%.     

Twin-PBL及角钢抗剪连接件静载推出试验

文章依托某在建波纹钢腹板PC组合箱梁桥,分别制作了4个Twin-PBL和角钢抗剪连接件进行静载推出试验,分析了两类连接件在各工作阶段的荷载-滑移关系,研究了两类连接件极限承载力的主要影响因素。试验结果表明:在相同荷载水平下,Twin-PBL连接件的滑移量远小于角钢连接件,且表现出优越的刚性特征;在极限荷载水平下,两类连接件均发生较大滑移后破坏,显示出良好的延性特征;Twin-PBL连接件承载力的主要影响因素为贯穿钢筋直径和开孔钢板孔径,而开孔钢板厚度的影响相对较小;角钢连接件承载力的主要影响因素为钢腹板厚度,U形钢筋对角钢连接件的抗剪能力有一定的加强作用。通过实测值与理论值的对比分析,分别给出了两类连接件新的极限承载力计算公式;与其他推荐公式相比,文中所提公式的计算值与实测值最为吻合,为抗剪连接件的优化设计了提供参考。     

采用轻骨料砼的开孔钢板连接件受力性能

为研究在钢—轻骨料混凝土组合梁和组合板结构中所使用的开孔钢板连接件的抗剪承载能力和剪切刚度等受力性能,采用了推出试验方法,完成了6个采用轻骨料混凝土的开孔钢板连接件推出试件的试验研究,在试验研究中着重考察了开孔钢板连接件的孔洞直径和开孔钢板连接件端部承压方式对剪切连接件受力性能的影响。试验研究结果表明:(1)总体表现为端部承压构件极限承载能力远高于端部不承压构件,因为在端部承压构件中,开孔钢板连接件受到端部混凝土阻挡,因而其极限承载能力相对较高;(2)开孔钢板连接件中孔洞直径对开孔钢板抗剪强度有明显影响,孔洞直径越大,极限承载力也越大;(3)开孔钢板连接件具有很高的抗剪强度和刚度,具有较好推广应用价值。     

PBL剪力键受力性能研究及其承载力影响因素分析

目的研究混凝土等级,贯穿钢筋直径等参数对于PBL剪力键受力形态及抗剪承载力的影响.方法运用大型非线性有限元分析软件ANSYS12.0对模型进行有限元理论分析,通过单一参数法研究各参数对于剪力键受力性能的影响.结果经分析得出PBL剪力键(开孔钢板连接件)承担的水平、竖向分力均随着贯穿钢筋的直径增大而有所增大;随着贯穿钢筋直径的增大,剪力键混凝土底部的最大应力减小了2.2%,最大滑移减小3.7%;混凝土的强度等级由C30增大到C60后,剪力键的滑移量降低了5.4%,对于抗剪承载力的提高有显著影响.结论剪力键中贯穿钢筋的直径、混凝土的强度等级以及混凝土与钢板的有无粘结均对PBL剪力键的抗剪承载力有显著的影响.     

钢-混凝土预制板组合梁的组合性能

通过制作了12个推出试件,研究了栓钉连接件在不同工作环境下的抗剪承载力及其抗滑移性能;并对不同孔型、不同抗剪连接度的3根钢-混凝土预制板组合梁进行了静力性能试验,对比分析了钢-混凝土预制板组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度、荷载-组合梁全截面应变及截面整体工作性能.结果表明:预留后灌孔为方孔推出试件的栓钉承载力比圆孔好;孔内填充混凝土强度对栓钉承载力影响很大,孔内混凝土强度高则栓钉承载力好;3根试验梁的截面应变分布满足平截面假定的要求,且均为弯曲破坏形式;组合梁具有良好的组合效应及受弯性能,完全抗剪连接的组合梁与部分抗剪的承载力接近,但完全抗剪组合梁钢梁与混凝土板界面间得滑移值明显小于后者.本文结果将增进对钢-混凝土预制板组合梁的理解和认识,为今后改进该类型梁工程设计提供有价值的参考.     

钢-SFRC组合梁高强螺栓连接件受剪性能试验

为研究内置双螺母高强螺栓连接件在钢-钢纤维混凝土(SFRC)组合梁中的受剪性能,设计并制作4个推出试件进行推出试验,研究高强螺栓直径(M12、M16)、强度等级(G8.8、G10.9)及混凝土强度(CF25、CF30)对剪力件破坏形态、荷载-滑移曲线、荷载-混凝土板应变曲线、抗剪刚度以及抗剪承载力等力学性能的影响;结合试验结果与已有螺栓连接件受剪承载力计算式,提出内置双螺母高强螺栓连接件在钢-SFRC组合梁中的受剪承载力设计建议。结果表明：所有试件的破坏形态均为高强螺栓剪断破坏,并伴随螺栓下方混凝土的少量剥落;相比普通混凝土推出试件,掺入钢纤维能抑制混凝土板裂缝的产生和发展,并能提高试件的延性;内置双螺母高强螺栓连接件的典型荷载-滑移曲线由克服摩擦力阶段、初始滑移阶段、螺杆传力阶段、螺杆塑性阶段和破坏阶段组成;试件破坏时混凝土板的水平滑移量为1.17～2.05 mm,仅为钢梁-混凝土板竖向掀起滑移量的10.8%～26.0%;内置双螺母高强螺栓连接件的抗剪承载力和滑移后的抗剪刚度均随螺栓直径、强度等级及混凝土强度的增大而提高,初始滑移荷载随预紧力的增大而提高;内置双螺母高强螺栓连接件在S...     

胶合竹-混凝土组合梁RPC-钢复合连接件试验研究

针对现有凹槽连接件与销连接件性能上的不足,提出了一种适用于装配式胶合竹-混凝土组合梁的活性粉末混凝土(RPC)-钢复合连接件,复合连接件由带轴向开孔的螺杆外包RPC组成.对6组复合连接件开展了推出试验,研究参数包括外包RPC厚度和螺杆直径.获取了荷载-滑移曲线、抗滑移刚度、抗剪承载力等力学指标.试验结果表明,外包RPC对复合连接件的抗滑移刚度有显著贡献,对抗剪承载力也有一定的提高作用,但复合连接件的抗剪承载力主要取决于螺杆直径.相比于凹槽连接件,复合连接件的单位面积受力效率更高;相比于销连接件,复合连接件的抗滑移刚度显著提高.复合连接件结合了凹槽连接高刚度与销连接高延性的优点,且便于现场装配,在性能上具有突出优势.基于试验结果,提出了复合连接件的设计原则与尺寸范围.     

嵌入式双排孔抗剪连接件极限承载力

为了得到嵌入式双排孔抗剪连接件极限承载力的计算公式,设计了3类嵌入式单、双排孔抗剪连接件推出试件.研究了不同开孔位置和结合钢筋对嵌入式抗剪连接件极限承载力的影响;利用有限元法,分析了钢板厚度、混凝土尺寸、混凝土强度、贯穿钢筋直径、开孔直径、开孔间距、孔的竖向位置等因素对嵌入式双排孔抗剪连接件极限承载力的影响.结果表明:相比于双排孔设置于波折板折板位置的嵌入式双排孔抗剪连接件,双排孔设置于波折板直板位置的嵌入式双排孔抗剪连接件的极限承载力更大;双排孔抗剪连接件中双排混凝土销的抗剪极限承载力为单排孔抗剪连接件混凝土销极限抗剪承载力的1.3倍.     

开孔板加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理

为研究开孔板(perfobond leiste,PBL)加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理,首先设计了3组试件进行推出试验,分析了其破坏形态、极限荷载值和滑移量,然后在试验基础上建立了有限元模型,分析了PBL连接件极限荷载值的影响参数.研究结果表明:PBL连接件破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,试件破坏时混凝土出现贯通裂缝,底部混凝土剥落,试件为混凝土剪切破坏,且为延性破坏.影响PBL连接件极限承载力的参数主要有贯穿钢筋、黏结摩擦力、混凝土强度、开孔直径和PBL厚度,其中贯穿钢筋影响最明显,有贯穿钢筋的试件比无贯穿钢筋的试件极限承载力提高了约73.8％,贯穿钢筋也可以提高极限滑移量,增加延性.黏结摩擦力通常作为安全储备,混凝土强度和开孔直径的增加也可显著提高极限承载力,而PBL厚度影响不显著,开孔钢板强度对极限承载力基本无影响.     

高强混凝土新旧结合面抗剪性能试验

进行了11个标号C80和4个标号C40混凝土试件的单调推剪试验,得到了结合面破坏形态、剪力-滑移曲线和剪力-抗剪钢筋应变曲线,分析了混凝土强度、结合面配筋强度和结合面类型对结合面抗剪性能的影响.收集了32组国外试验数据,对比了高强混凝土结合面受剪承载力试验值与国内外相关标准的计算值.研究结果表明:试件出现了结合面剪切和试件混凝土冲切两种破坏模式;粗糙面C80试件的结合面受剪承载力小于C40试件,键槽面试件的结合面受剪承载力高于粗糙面试件;结合面的受剪承载力与配筋强度成正比;按照我国《装配式混凝土结构技术规程:JGJ 1—2014》公式计算的C80试件受剪承载力与试验值之比在0.33~0.72之间,且相比于国际结构混凝土协会、美国和欧盟规范,我国规程计算公式偏保守.利用试验数据,经回归分析,提出了高强混凝土新旧结合面受剪承载力修正建议计算公式.     

胶合木-混凝土组合梁螺钉连接件推出试验研究

胶合木-混凝土组合梁中的剪力连接件是整个组合梁中至关重要的一部分。为了抵抗木梁与混凝土板之间的纵向剪力和滑移,不仅要求剪力连接件具有一定刚度,还必须具有足够的受剪承载力。为了研究胶合木-混凝土组合梁螺钉连接件的受力性能,对10组共30个胶合木-混凝土组合梁螺钉连接件进行推出试验研究。根据试验结果,探讨了螺钉连接件的受力特性和破坏机制,分析了螺钉直径、螺钉嵌入长细比、混凝土强度、螺钉布置方式等因素对螺钉连接件受剪承载力的影响。结果表明,螺钉连接件受剪承载力随螺钉直径的增大而增大;螺钉连接件受剪承载力随螺钉嵌入木材部分长细比的增大而增大,但增长幅度趋于平缓;混凝土强度和螺钉布置方式对受剪承载力的影响很小。研究结果可以为胶合木-混凝土组合梁的设计和工程应用提供参考。     

剪力钉连接件拉剪复合作用试验及计算模型

为了明确钢-混组合梁桥中剪力钉连接件在拉剪共同作用下的承载性能,设计并进行了5组高强混凝土剪力钉抗拉、抗剪和拉剪复合作用模型试验,得到了剪力钉的荷载-滑移曲线,分析比较了不同荷载条件下剪力钉的破坏模式与抗剪性能。结合试验结果,推导了拉力作用下剪力钉弹性变形阶段、塑性发展阶段的荷载-滑移关系式,提出了拉剪复合作用荷载-滑移关系三折线形计算模型;基于试验结果和相关文献数据,分析评价了不同规范中剪力钉抗拉、抗剪承载力的计算公式,并提出了改进的拉剪复合作用承载力关系式。研究结果表明:拉剪复合作用下,试件抗剪承载力随拉力的增加显著减小,当拉力施力比为0.6时,抗剪承载力较纯剪切状态减小约31%;拉力会导致剪力钉的弹性剪切刚度下降,但对滑移性能的影响没有明显规律。提出的改进拉剪复合作用承载力计算公式与相关试验数据吻合较好;建立的三折线形模型计算结果安全,能准确预测拉剪复合作用下剪力钉连接件荷载-滑移曲线的发展规律,体现拉力对剪切刚度和抗剪承载力的折减作用。     

橡胶对剪力钉群的力学性能影响研究

降低剪力钉的抗剪刚度可以改善剪力钉群的受力不均,在不影响剪力钉群抗剪承载力的情况下,降低剪力钉群的抗剪刚度十分有必要,橡胶能有效降低剪力钉群的抗剪刚度,但其合理的设置方式尚未明确.本文通过剪力钉群外包橡胶套形成橡胶剪力钉组合剪力连接件和在混凝土中掺入橡胶形成橡胶混凝土剪力钉两种推出试验并进行数值分析,研究了两种橡胶设置方式对剪力钉抗剪承载力、抗剪刚度、破坏机理、荷载-滑移规律的影响.研究结果表明:两种橡胶设置方式都可以有效降低剪力钉的抗剪刚度,但在剪力钉根部外包橡胶套可以提高剪力钉抗剪承载力,改善剪力钉群受力不均匀性,而在混凝土中掺入橡胶则可降低剪力钉的抗剪承载力,对剪力钉群受力不均匀性无明显改善.     

木-混凝土连接性能试验研究

目的研究木与混凝土间粘结作用,为木-混凝土组合结构的研究奠定前期基础.方法根据设置于木材表面抗剪连接件的形式及抗剪连接件数量的不同设计制作了三组共计九根木与混凝土间抗剪连接件试件和一根无抗剪连接件的对比试件,采用推出试验方法对木材进行加载直至木与混凝土间发生滑移破坏.结果通过推出试验获得了木-混凝土推出荷载的大小、木材在混凝土中滑移量、木材表面抗剪连接件荷载作用下其应力变化等相关实验数据.结论抗剪连接件的存在能够明显抑制木材与混凝土间受力过程中的相对滑移,相对滑移量的减少与抗剪连接件数量成正比,同时也与抗剪连接件形式有关;加载过程中抗剪连接件所受应力与抗剪连接件形式有关,同时也与抗剪连接件距加载点距离有关;研究也表明:抗剪连接件的存在对木与混凝土间粘结力的提高无明显影响.     

钢板-混凝土组合板在横向集中荷载作用下的破坏模式分析

采用ANSYS有限元与试验相结合的方法,研究了板件截面抗弯承载力与抗剪承载力随剪跨比变化的趋势,分析了在跨中单点(两点对称)加载下剪跨比对板件破坏模式的影响规律.结果表明:钢板剥离破坏仅发生在抗剪连接件不完全剪力连接时的板件;在跨中单点(两点对称)加载下,剪跨比小于7.5(7)时,截面抗弯承载力较抗剪承载力充足,试件发生剪切破坏;剪跨比在7.5(7)与10(9)之间时,截面抗弯与抗剪承载力均不足,试件发生弯剪破坏;剪跨比大于10(9)时,截面抗弯承载力较抗剪承载力不足,试件发生弯曲破坏.