集束式长短剪力钉抗剪性能参数影响研究

为了明确剪力钉直径和间距变化对集束式长短剪力钉抗剪性能的影响,通过10组共计34个推出试验,分析了集束式长短剪力钉试件与标准推出试件之间抗剪承载力、抗剪刚度和破坏形态的变化规律,获得了集束式长短剪力钉的荷载-滑移关系,提出了考虑剪力钉顶杆直径和间距变化的集束式长短剪力钉的抗剪承载力计算公式,明确了集束式剪力钉布置下群钉的折减系数.试验结果表明:抗剪承载力和抗剪刚度随着剪力钉直径和纵向间距的增大而增大;群钉的抗剪承载力折减系数为0.71.     

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.     

预制-装配式组合梁剪力群钉推出试验研究

为揭示预制-装配式组合梁剪力群钉的破坏机制,通过开展一组3个试件的装配式剪力群钉推出破坏试验,研究了装配式剪力群钉的变形、滑移、裂缝发展以及栓钉破坏等典型破坏特征,并结合数值方法分析了栓钉与混凝土的相互作用关系。结果表明:加载全过程可分为两个阶段,线弹性阶段和塑性破坏阶段;试件均为延性破坏,最先出现预留孔四周界面裂缝,其次预制混凝土在预留孔下方角隅处45°向下开裂,最后栓钉全部或大部剪断;栓钉在弯剪共同作用下断裂;装配式剪力群钉中栓钉受力性能略弱于现浇群钉,建议采用规范计算时应适当折减,可取0.85装配折减系数。     

矩形钢管混凝土键连接剪力墙框架柱的力学性能研究

目的研究矩形钢管混凝土键连接装配式混凝土结构框架柱和剪力墙的力学性能,分析不同参数对其影响,为该类结构连接提供设计依据.方法设计了19个采用矩形钢管混凝土键连接的墙柱试件,利用有限元方法模拟各试件在单调荷载加载下的受力过程,分析不同参数对荷载-位移曲线的影响.结果矩形钢管混凝土键连接墙柱的构件与现浇构件相比,延性很高,最大承载力较高,屈服荷载偏低;键的截面高度增加,构件承载力增加,初始刚度增加,延性系数不变;截面宽度增加,承载力增加,初始刚度不变,延性系数减小;键的长度增加,承载力基本不变,初始刚度减小,延性系数增加;混凝土强度对构件的抗剪承载力和初始刚度影响很小;键的纵向间距对构件的荷载-位移曲线几乎没有影响.结论矩形钢管混凝土键的截面高度是影响承载力的主要因素、长度是影响延性的主要因素.     

钢-UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件试验研究

为深入研究钢-超高性能混凝土（UHPC）界面栓钉与PBL混合剪力连接件的抗剪性能,提出实用的计算方法指导工程设计应用,基于实际工程背景,设计了6组共12个模型试件并进行了推出试验. 试验结果表明：1）UHPC中栓钉剪力连接件、PBL剪力连接件、栓钉与PBL混合剪力连接件的荷载-滑移曲线具有相似的曲线特征,均可分为弹性、塑性损伤及破坏三个阶段. 2）在正常使用阶段,混合剪力连接件中栓钉与PBL共同承受荷载,其分担荷载比例与各自刚度成正比. 针对UHPC中栓钉及PBL的抗剪性能进行理论分析,分别提出了UHPC中栓钉以及PBL的荷载-滑移全曲线实用经验公式、抗剪承载力计算式及抗剪刚度建议取值方法等. 分析栓钉与PBL混合剪力连接件中各部分受力分配情况,在荷载按刚度分配原理基础上,提出了UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件的荷载-滑移全曲线实用经验公式. 最后利用本文提出的UHPC界面栓钉与PBL混合剪力连接件实用公式对实桥墩柱进行验算表明,抗剪安全系数为2.17,剪切滑移量为0.04 mm,符合实际工程承载极限状态及正常使用状态的要求. 本文提出了栓钉与PBL混合剪力连接件的计算方法,为其工程应用奠定了基础.     

装配式组合梁剪力钉抗剪刚度研究

根据装配式钢-混凝土组合梁桥道板快速安装的工程需求,提出水平布置的装配式剪力钉。为了研究装配式剪力钉的抗剪刚度问题,进行推出试验。为选定合适的抗剪刚度公式,论述了国内、外常规剪力钉抗剪刚度计算方法的适用性和优缺点,并根据试验结果对现有抗剪刚度计算公式进行了分类。分析两类试件的抗剪刚度,发现:与常规剪力钉相比,装配式剪力钉的抗剪刚度均较大,正常使用极限状态下二者的抗剪刚度相差最明显。最后引入剪力钉抗剪刚度退化率的概念,用以分析组合构件在荷载作用下不同阶段的抗剪刚度变化特性。     

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。     

钢-UHPC组合板群钉效应有限元分析

建立考虑栓钉焊缝影响的钢-UHPC组合板推出试件的精细化有限元模型,在验证模型有效性和合理性的基础上,深入分析栓钉与UHPC相互作用机理与试件的受力全过程行为,探究栓钉间距对其抗剪性能的影响。有限元分析结果表明：与无焊缝模型相比,有焊缝模型中的栓钉抗剪承载力提高近30%;直径和间距对栓钉承载力影响显著,且随着栓钉直径增大和间距减小,UHPC板会出现开裂甚至可能破坏。以水平抗剪时栓钉先于UHPC破坏为原则,建议直径d为13mm的栓钉,其间距不宜小于2.5d;直径d为16mm和19mm的栓钉,其间距不宜小于3.5d。对于栓钉承载力考虑群钉效应的折减系数 ,建议当间距不小于8.0d时,可取为1.0（不考虑群钉效应）;当间距大于建议的最小值、小于8.0d时,取0.94。     

钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板结构受力性能

为研究钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板装配式结构体系的受力性能,对4榀钢框架-预制混凝土抗侧力墙板结构足尺试件进行低周反复荷载作用下的试验研究,测试连接构造的可靠性,研究结构的破坏机理、滞回性能、延性及变形和耗能性能等.采用有限元软件ABAQUS对试验模型进行分析,并在验证有限元模型可靠性的基础上,研究抗侧力墙板与钢梁连接界面的受力性能和传力机理,考察各类连接件承担剪力和弯矩的分布情况以及分配关系.试验结果表明:该结构体系为一种典型的双重抗侧力体系,加载过程呈现出明显的两阶段性,抗侧力墙板先于钢框架破坏,为结构体系的第1道防线;型钢混凝土墙板与钢梁连接界面上的剪力由型钢与抗剪栓钉共同承担,对于钢筋混凝土墙板,剪力作用主要由抗剪栓钉承担;连接界面上的弯矩作用主要通过型钢(或锚筋)承担拉、压力和混凝土承压来平衡.     

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.     

钢箱-砼组合结构带孔加劲肋套箍剪力键群抗剪试验研究

在PBL剪力键的基础上,提出了适用于钢箱-砼组合结构的带孔加劲肋套箍(PBH)剪力键(perfobond hoop,PBH)。在PBH现有单排及多排研究基础上,为更加贴近在结构中的真实受力方式,进一步增加共同受力的剪力键数量,对PBH剪力键群进行了以沿抗剪方向剪力键排数为参数的推出试验,其中排数为3、5、7、9、11共5类试件。试验得到PBH剪力键群的荷载-滑移全过程曲线、承载力、破坏形态及滑移分布规律。其破坏形态为混凝土劈裂破坏及穿孔钢筋受弯屈服;沿高度方向的界面滑移呈现"两端大中间小"的分布规律;PBH群抗剪极限承载力随剪力键排数增加而折减,且排数越多,折减越多。折减效应分析认为,该折减的原因来自于沿抗剪界面的滑移分布不均匀。并由此提出了PBH群承载力折减系数。     

钢箱-砼组合结构PBH剪力键群抗剪试验研究

在PBL剪力键的基础上,提出了适用于钢箱-砼组合结构的PBH剪力键(Perfobond Hoop, 以下简写为PBH)。在PBH现有单排及多排研究基础上,为更加贴近在结构中的真实受力方式,进一步增加共同受力的剪力键数量,对PBH剪力键群进行了以沿抗剪方向剪力键排数为参数的推出试验,其中排数为3、5、7、9、11共5类试件。试验得到PBH剪力键群的荷载-滑移全过程曲线、承载力、破坏形态及滑移分布规律。其破坏形态为混凝土劈裂破坏及穿孔钢筋受弯屈服;沿高度方向的界面滑移呈现“两端大中间小”的分布规律;PBH群抗剪极限承载力随剪力键排数增加而折减,且排数越多,折减越多。折减效应分析认为,该折减的原因来自于沿抗剪界面的滑移分布不均匀。并由此提出了PBH群承载力折减系数。     

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.     

型钢-混凝土组合梁桥面连续抗裂性能

为了掌握常规设计方法下型钢-混凝土组合梁桥面连续的开裂特征和破坏模式,从而优化结构设计,对此类结构开展足尺模型试验和有限元分析。试验结果表明:常规设计方法下桥面连续构造抗裂性能差,在较低荷载下便会出现开裂;裂缝分布集中在桥面连续区域1.2 m范围内,裂缝数量少;试件破坏模式是剪力钉被剪断随后连接板钢筋屈服。基于试验结果,建立有限元模型进行进一步分析,分析结果表明:与不考虑滑移的梁相比,考虑滑移的组合梁的开裂荷载将提高,极限荷载取决于剪力连接件抗剪强度;栓钉间距、连接板厚度的增加能提高桥面连续的开裂荷载和极限承载力,栓钉直径对桥面连续的开裂荷载影响不大,但对其承载力影响较大;连接板底部与钢梁做无粘接处理可以大幅提高桥面连续开裂荷载。     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

预应力钢板夹心混凝土组合板界面剪力分析

针对预应力钢板夹心混凝土组合板刚度大,承载力高,变形小的特点,利用弹性理论,建立了考虑预应力筋内力增量和滑移刚度影响的组合板界面剪力的计算微分方程,给出对称集中荷载下的界面剪力计算公式.计算结果表明,组合板最大界面剪力发生在跨中,沿板长向端部逐渐减小,端部界面剪力近似为零;组合板的界面剪力随着连接刚度、外荷载的增加而增加,随着钢板面积的增加而减小,预应力筋内力增量对界面剪力影响很小,一般在5%左右;连接刚度与外荷载对界面剪力变化影响较大.     

组合箱梁的栓钉剪力连接件的受力性能分析

为验证有限元分析方法研究栓钉剪力连接件受力性能的可行性和准确性,首先介绍了栓钉剪力连接件的受力机理;其次应用有限元软件ANSYS建立了某大桥组合箱梁的栓钉剪力连接件的实体模型;最后基于有限元模型,对影响栓钉剪力连接件抗剪承载力的混凝土强度等级、栓钉的直径、栓钉的长度、栓钉的材料强度、是否设置贯穿钢筋等5个相关参数进行相应的分析.通过将其计算结果与经验公式进行对比分析,得到了栓钉连接件极限抗剪承载力的建议公式,为以后的实际应用和设计计算提供参考.     

钢纤维混凝土栓钉—橡胶组合连接件抗剪刚度分析

为建立钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete, SFRC)栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算方法,结合已有文献推出试验,采用ABAQUS显式准静态求解技术进行非线性有限元分析,仿真计算结果与文献推出试验结果基本吻合。以橡胶套高度、橡胶套厚度、混凝土强度和栓钉直径为影响参数,分析组合连接件抗剪刚度变化规律,并结合现有栓钉抗剪刚度计算式拟合出SFRC栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算公式。结果表明：ABAQUS显式准静态求解技术能较好地实现组合连接件推出试验数值模拟;采用橡胶套包裹栓钉后会大幅降低连接件抗剪刚度,抗剪刚度最大降幅约为60%;当橡胶套高度为25 mm、厚度为2.5 mm时,即可显著降低连接件抗剪刚度;钢纤维混凝土强度对抗剪刚度影响较小;组合连接件抗剪刚度与栓钉直径近似呈正比关系;提出的抗剪刚度设计计算式能较准确预测钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度,为工程设计提供参考与借鉴。     

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.     

剪力钉刚度对组合梁斜拉桥受力性能的影响研究

结合某斜拉桥实际工程,建立了考虑界面粘结滑移的有限元仿真模型,分别研究了不同剪力钉刚度对组合梁斜拉桥界面滑移、挠度、应力应变特性以及极限承载能力的影响.结果表明:剪力钉刚度对组合梁界面滑移值以及桥梁竖向挠度均有影响,界面滑移值和桥梁的竖向挠度均随着剪力钉刚度的减小而增大,当界面无剪力钉时,其跨中挠度增幅达22.2%.应变沿梁高的分布规律偏离平截面假定的程度随着剪力钉刚度的减小而增大,随着剪力钉刚度的减小,组合梁截面中和轴下移,将导致混凝土出现受拉的情况.剪力钉刚度对组合梁斜拉桥的极限承载能力影响较大,当混凝土板和钢梁界面无剪力钉时,结构的活载系数和整体安全系数减小约一半.