高强度砂浆群钉连接件抗剪承载力试验

在混凝土桥面板预留孔浇筑高强度砂浆包裹群钉连接件以实现钢梁与混凝土有效结合.为了得到高强度砂浆包裹的焊钉的剪切强度及分析不同群钉布置形式对抗剪承载力的影响,进行了1组单钉基本力学试验和5组不同群钉布置形式的焊钉力学性能试验.试验结果表明:采用高强度砂浆包裹焊钉的连接方式可靠,焊钉具有较高的抗剪强度,单钉承载力平均值为197.2kN.在群钉连接件中不同的焊钉布置方式对承载力有一定影响,总体上随焊钉数量的增多,平均的单钉承载力呈下降趋势,焊钉数量最多的NS25试件,其平均单钉承载力为160kN,为单钉推出试验值的81%.此外,根据多排焊钉的荷载-滑移曲线,给出了多排焊钉的荷载-滑移关系表达式,与试验结果比较表明,所给表达式的结果与试验结果吻合较好.     

不同构造界面腐蚀对焊钉连接件承载力的影响

为了研究不同构造的钢与混凝土界面在腐蚀环境下对焊钉连接件受力性能的影响,设计了6种不同构造的钢-混凝土结合面构造形式,并考虑钢与混凝土之间的滑移效应的影响,制作了24个试验试件,其中21个试件进行了盐雾腐蚀试验,3个试件处于正常环境中.通过推出试验,测试了各个试件中焊钉的荷载-滑移关系,得到了焊钉的抗剪承载力.试验结果表明,采用钢板厚度方向上外包混凝土构造形式的试件具有更好的抗腐蚀性能,焊钉具有更高的抗剪强度,腐蚀后单钉承载力平均值为177.6kN,而在钢与混凝土界面产生初始滑动的试件具有较差的抗腐蚀性能,焊钉抗剪强度明显降低,腐蚀后单钉承载力平均值为153.3kN,比没有滑移的试件降低9.6%.     

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。     

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。     

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.     

焊钉连接件抗剪承载力试验研究

为建立组合桥梁使用的大尺度焊钉连接件抗剪承载力设计计算方法,通过26组71个焊钉连接件模型推出试验比较分析了混凝土抗压强度及焊钉的抗拉强度、直径、长度等对焊钉连接件抗剪承载力的影响;基于国内外255个模型推出试验结果提出了双折线型焊钉连接件抗剪承载力计算式.研究结果表明,焊钉连接件抗剪承载力在混凝土强度较高时仍取决于焊钉杆部与混凝土的组合作用;提出的设计计算式在常用的混凝土强度等级C35～C60范围内能够更合理地偏于安全的计算焊钉连接件抗剪承载力;可适用于使用混凝土强度等级C15～C80、焊钉长径比大于4且直径9～30mm、长度50～400mm的组合桥梁结构焊钉连接件的设计.     

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.     

重复荷载作用后栓钉连接件的剩余力学性能

为研究钢-混凝土组合结构中栓钉连接件在疲劳荷载作用后的力学性能退化规律,基于标准推出试验方法,对共计11个栓钉连接件的推出试件进行了三组试验,分别为推出试件的静载破坏试验、完全疲劳破坏试验以及经历一定疲劳荷载循环次数后的静载破坏试验.在得到栓钉推出试件的静力承载力和疲劳寿命的基础上,分析总结了不同疲劳荷载循环次数后的栓钉推出试件的抗剪承载力、抗剪刚度、延性等力学性能的变化情况,并建立了考虑力学性能退化的栓钉荷载-滑移本构模型.结果表明:(1)栓钉连接件在静载破坏、疲劳破坏以及疲劳后静载破坏下呈现三种不同的截面破坏特征;(2)疲劳荷载作用下,栓钉推出试件的各项剩余力学指标均呈非线性退化,退化趋势显著;(3)文中所建立的栓钉荷载-滑移本构模型,形式简单,便于应用,且计算值与试验值吻合良好.     

焊钉连接件峰值滑移及剪力滑移本构关系

为了得到组合结构桥梁常用的焊钉连接件剪力-滑移本构关系,进行了35个焊钉连接件抗剪性能模型试验.比较分析了焊钉直径、高度、极限抗拉强度和混凝土抗压强度对焊钉峰值滑移的影响,提出了焊钉峰值滑移计算式及考虑其影响的剪力-滑移本构关系式.研究结果表明,峰值滑移随焊钉直径、高度和极限抗拉强度的增加而增大,随混凝土抗压强度的增加而减小;提出的峰值滑移计算式与fédération internationale du béton(fib)所建议公式相比,考虑因素更全面,与试验结果吻合更好.包含峰值滑移的剪力-滑移本构关系式,能够反映焊钉直径、高度、强度和混凝土抗压强度的影响,可用于考虑焊钉非线性作用的组合结构桥梁计算分析.     

剪力连接件静载和疲劳试验研究

共进行了9 只栓钉连接件和6 只带孔钢板连接件的疲劳和静载破坏试验研究, 分析了混凝土材料类型和强度等级、连接件类型、横向配筋等参数对连接件疲劳性能和极限承载力的影响,建立了相应的疲劳强度与极限承载力计算公式.     

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%.     

开孔板连接件剪切受力的理论模型

现有的开孔板连接件抗剪承载力计算公式基本上是基于开孔板连接件的推出试验结果,通过数值回归分析得到的。但是由于试验方法和试件尺寸的不同得到的试验结果不同,使得各个计算公式相差较大。本文根据开孔板连接件的试验破坏形态,分析了开孔板连接件的破坏机理,采用理论方法推导了开孔板连接件抗剪承载力计算方法。通过与试验结果对比,本文提出计算方法与其吻合很好,具有较高的精度,可被工程设计使用。     

核电站双钢板混凝土剪力墙抗剪强度研究

以核电站屏蔽厂房剪力墙为原型,对含栓钉和加劲肋的双钢板混凝土组合剪力墙进行低周往复加载抗剪试验研究.试件包含3个1︰4缩尺模型,变化参数为栓钉间距与加劲肋,分析了试件的破坏特征、承载力以及耗能情况.试验研究发现:组合墙体整体受力性能良好,具有较强的抗剪性能.通过设置加劲肋,能有效提高墙体承载能力、刚度和延性.在试验基础上进行了有限元数值模拟与参数研究,研究了混凝土强度、钢板厚度、轴压力和加劲肋设置对抗剪强度的影响程度,并初步建立了核电站双钢板剪力墙抗剪强度计算公式,为核电安全壳设计理论的建立打下了基础.     

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。     

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。