PBL抗剪连接件疲劳后的剩余力学性能研究

为研究钢-混凝土组合结构中PBL(Perfobond Leiste)抗剪连接件在疲劳荷载作用后的力学性能退化规律,设计并制作了9个PBL连接件的推出试件分别进行静力和疲劳试验.其中3个试件为静力破坏试验,重点关注了试件的破坏模式、极限承载力及荷载-滑移曲线.其余6个试件为在经历一定疲劳荷载循环次数后进行静力破坏试验,以疲劳循环次数,疲劳荷载比为参数变量,得到在不同疲劳参数作用后,PBL连接件的极限承载力、残余滑移量、抗剪刚度等力学性能的变化情况.研究结果表明,PBL连接件具有较好的延性,其静载和疲劳后静载的破坏模式均为一侧贯穿钢筋剪断、另一侧贯穿钢筋屈服.疲劳荷载比对PBL连接件剩余承载力影响较大,在同样经历了300万次的循环加载后,荷载比为0.5的极限承载力基本没有下降,而荷载比为0.7的承载力仅为初始静载试验的76.1%;在相同荷载比(0.6)情况下,PBL连接件的承载力随疲劳加载次数呈先慢后快的非线性退化趋势.相对于荷载比而言,残余滑移量对疲劳循环次数更为敏感.抗剪刚度在整个疲劳加载过程中基本保持不变.     

高疲劳应力幅下部分抗剪连接钢混凝土组合梁的疲劳性能

为了研究部分抗剪连接钢-混凝土组合梁在高疲劳应力幅下的疲劳性能,对5根组合梁试件开展了等幅疲劳加载试验,以研究栓钉直径、抗剪连接程度和疲劳应力幅对组合梁受力性能的影响。研究结果表明:当组合梁中的钢梁承受200 MPa疲劳应力幅作用时,按照EC3规范计算所得的组合梁疲劳细节的疲劳寿命偏于保守;在经历最初的若干万次疲劳加载后,组合梁的跨中残余挠度可达初始跨中最大挠度的26.0%;100万次疲劳加载后,疲劳损伤引起的组合梁跨中附加挠度可达初始跨中最大挠度的25.0%;与完全抗剪连接组合梁相比,部分抗剪连接组合梁的疲劳受力性能并未表现出显著的差异;在正弯矩作用下,组合梁中的混凝土板按照静力计算方法配筋满足疲劳设计的要求。     

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.     

开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁力学性能

目的研究开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁的静力力学性能和疲劳性能,为提高组合梁的疲劳性能提供依据.方法通过有限元软件ABAQUS对4组不同参数的开孔波折板连接件的静力推出试件进行数值模拟,探讨不同参数对波折板连接件抗剪承载力的影响,结合荷载-滑移曲线得出波折板连接件抗剪承载力近似公式.在静力分析的基础上,考虑波折板单位长度抗剪承载力,采用局部应力法并结合Goodman平均应力修正曲线对不同橡胶掺量的弹性混凝土组合梁进行疲劳寿命分析.结果随着橡胶掺量的增加,开孔波折板连接的弹性混凝土与钢组合梁静力承载力下降、滑移增大、疲劳寿命总体提高,其中10%橡胶掺量的组合梁的疲劳寿命约为等强度普通混凝土-钢组合梁疲劳寿命的2.1倍.结论开孔波折板连接的组合梁承载力高、整体连接性能强;混凝土板中掺入一定橡胶能有效地提高组合梁的疲劳寿命.     

钢-混凝土组合梁正弯矩区截面的组合抗剪性能

为研究钢混凝土组合梁正弯矩区的复合抗剪能力 ,对 16根密实截面钢混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部简支 ,跨中两点对称单调静力加载。试验结果表明 ,钢混凝土组合梁截面的组合抗剪承载力为现行有关规范计算值的 1.0 6～ 2 .88倍 ;为同剪跨比 (剪跨比为 1.0和 2 .0时 )纯钢梁的 1.2 6～ 1.72倍。混凝土翼板对组合梁的抗剪承载力有明显的贡献。组合梁的破坏形态不仅与组合梁的剪跨比有关 ,而且与钢梁的剪跨比有关     

单调荷载下体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

基于3根模型梁试件的单调静力试验,对体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能进行了研究.研究表明:施加体外预应力可以有效提高组合梁的抗弯承载力,但试件的延性有所降低;试件纯弯段截面应变分布符合平截面假定;增大栓钉间距可以提高试件的极限变形能力,但对其抗弯承载力的影响不大;试件的抗剪连接程度越低,达到极限荷载时栓钉滑移值越大.结合试验并通过有限元建模,分析了混凝土强度等级、有效预应力、预应力筋线型、栓钉间距等对体外预应力组合梁受力性能的影响.最后,在考虑了预应力筋作用的基础上,提出了体外预应力组合梁抗弯承载力的简化计算方法,该方法可为体外预应力组合梁的设计计算提供参考.     

组合钢板梁负弯矩区疲劳损伤效应试验研究

为研究组合钢板梁负弯矩区的疲劳损伤效应,基于某常规跨径组合梁桥结构形式设计了2根不同配筋率组合梁试验模型,在倒置状态下开展了模型梁的初始开裂加载、疲劳加载及极限破坏加载试验,对试件的裂缝发展、挠度、应变等指标进行了观测和分析.试验结果表明,配筋率对组合梁混凝土开裂荷载影响较小,但对后期疲劳裂缝发展速率和裂缝宽度影响较大;疲劳荷载作用下,组合梁挠度和应变响应在达到稳定发展之前,会经历复杂的内力重分布过程,高配筋率试件相比于低配筋率试件有更长的内力调整期;2×106次疲劳试验后,组合梁整体刚度有轻微地退化,但钢梁未出现疲劳开裂.钢梁应变数据的观测以及损伤分析表明,钢梁中性轴指标能较好地反映组合梁负弯矩区的疲劳累计损伤作用.     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

端部不等高的钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

目的研究端部不等高的钢-混凝土组合梁的整体力学特性,为变截面钢-混凝土的研究提供参考.方法制作两组1:15的缩比例的端部不等高的钢-混组合梁并对其进行试验研究;分别对两个试件采用跨中单点加载与两点对称加载两种加载模式,测试参数为极限荷载、挠度、滑移以及截面应变等.结果单点加载的极限承载力和跨中最大位移为669.51 kN和26.45 mm,两点对称加载的极限承载力和跨中最大位移为924.94 kN和15.35 mm.两点对称加载的破坏模式主要为剪切破坏,单点加载的破坏模式为剪切、弯曲与局部承压并存.结论平截面假定适用于端部不等高的钢-混凝土组合梁的截面应力分析.与传统等截面钢-混凝土组合梁相比,端部变高度的钢-混凝土组合梁具有更大的抗弯刚度和抗剪承载能力.     

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁 不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.     

外包花纹钢-混凝土组合梁弹性受弯性能

文章提出了一种外包花纹钢-混凝土压型钢板组合梁,为研究其滑移影响下的弹性受弯性能,进行了6根足尺外包钢-混凝土简支组合梁的静力加载试验。对试件的荷载-滑移曲线和荷载-挠度曲线进行分析,探讨了抗滑移连接度对组合梁变形发展规律的影响;并根据是否考虑滑移效应分别推导出相应的弹性承载力计算公式。研究结果表明:随着抗滑移连接度的降低,试件的抗弯承载力和延性均随之降低;当不考虑滑移效应影响时,弹性承载力试验值与理论值比值的均值为0.92,计算结果偏于不安全;考虑滑移效应影响后,试验值与理论值比值的均值为1.02,计算结果偏于安全,且与试验结果吻合度较高。     

基于钢板-钢管混合连接的木-混凝土组合梁推出试验

基于钢板-钢管混合连接,提出了木-混凝土组合梁的预制装配连接形式,采用短期推出试验和长期加载试验分别研究了钢板-钢管混合连接的短期与长期抗剪性能。通过推出试件的短期破坏性试验,研究钢板-钢管连接的破坏模式、极限承载力和滑移刚度等性能;通过长期加载试验,分析钢板-钢管连接的长期滑移和蠕变系数,长期加载中考虑了相当于连接件短期承载力的10%和20%两种荷载比的影响;对加载近470 d后的长期试件进行破坏性推出试验,分析长期加载对其极限承载力和滑移刚度的影响。结果表明:钢板-钢管连接的极限承载力超过130 kN,初始状态的滑移刚度为45.9 kN/mm;通过短期推出试验和长期加载后的推出试验对比发现,钢板-钢管连接件受到长期荷载作用后,极限承载力和滑移刚度无明显下降,呈现出较好的长期性能。     

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.     

考虑疲劳损伤的栓钉式组合梁剩余承载力计算方法

为研究钢-混组合梁在疲劳荷载下剩余承载力退化规律，引入考虑栓钉初始缺陷的基于断裂力学的承载力退化模型及经典钢梁、混凝土板承载力退化模型，并通过考虑不同疲劳荷载后退化为非完全抗剪结构的剩余极限承载力计算模型，建立了组合梁在常幅疲劳荷载下的剩余承载力预测计算方法，通过典型5组试验梁疲劳试验数据的对比验证了所提出的预测方法的有效性，在此基础上对关键影响因素进行了参数分析.结果表明：本文提出的承载力计算方法具有较高的准确性，误差控制在8%以内；疲劳加载下，组合梁各构件强度以不同速率发生退化，栓钉最快，钢梁次之，混凝土板最慢，且加载前期组合梁承载力退化程度由钢梁主导，后期由栓钉连接件主导；承载力退化速率随着加载次数的增加而不断增加，前期增长较缓，基本呈线性分布，后期增加迅速，呈指数型分布，其后期承载力衰减占总衰减的比例可高达70%以上；栓钉间距（抗剪连接度）、栓钉初始缺陷、荷载幅值是控制疲劳承载力退化的重要因素，需在工程设计中加以控制以满足桥梁正常运营.     

腹板嵌入式组合梁抗剪性能试验

通过6个嵌入式组合梁抗剪试件的试验,观测组合梁受剪破坏过程,研究腹板嵌入式组合梁竖向抗剪承载力的各影响因素.试验表明,嵌入式组合梁的抗剪承载力和钢梁腹板截面、混凝土翼板截面、混凝土强度等级、混凝土翼板剪跨比有关.基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出混凝土翼板的抗剪承载力的计算公式.考虑到弯剪相互作用,提出了嵌入式组合梁受剪承载力简化计算方法;分析了钢板连接件在嵌入式组合梁受剪时的实际受力.结果表明.钢板连接件具有较高的承载力,易于在组合梁中实现完全抗剪连接.     

套筒连接的预制拼装桥墩抗剪性能试验

为了探究采用灌浆套筒连接预制拼装桥墩的抗剪性能和影响因素,对拼接缝位置、截面中心增设无黏结预应力筋、拼接面增设剪力键齿的预制拼装桥墩试件及现浇混凝土桥墩试件进行了拟静力试验.分析比较了试件的损伤发展过程和最终的破坏模式.从滞回曲线、极限剪切承载力、变形等方面探讨了试件的抗剪性能,并与现浇混凝土试件的抗剪性能进行了比较.试验结果表明,采用灌浆套筒连接构造的预制拼装桥墩主要表现为弯剪破坏模式,变形能力和耗能能力良好,且与现浇试件抗剪性能相近.截面中心增设无黏结预应力筋的试件,可提高抗剪承载力,并降低了残余变形.     

部分剪力连接的橡胶集料混凝土-钢组合梁疲劳性能试验研究

为研究橡胶集料混凝土-钢组合梁的疲劳性能,对6个试件进行疲劳试验.试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响.试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度.试验结果表明:部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定;组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断,破坏具有较大的延性;橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度,明显提高疲劳寿命,并增大残余滑移,表现出更好的延性;增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命,并降低刚度退化作用;较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低,并表现出较大的塑性.研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据.     

负弯矩下钢-混凝土蜂窝组合梁力学性能研究

目的研究负弯矩及弯剪作用下钢-混凝土蜂窝组合梁的破坏形态,分析不同参数对蜂窝组合梁力学性能的影响.方法在集中荷载作用下对一根蜂窝组合梁和一根蜂窝梁进行静力试验,研究在负弯矩和剪力共同作用下,钢-混凝土蜂窝组合梁的受力状态和破坏模态.以蜂窝组合梁静力性能试验为基础,建立有限元模型,将模拟结果与试验结果对比以验证模型合理性,进而研究腹板高厚比、翼缘宽厚比以及是否设置混凝土板等影响因素对蜂窝组合梁受力性能的影响.结果设置混凝土板,对于蜂窝组合梁负弯矩下的承载力有相应的提高,混凝土板对承载力的贡献为7%左右;在混凝土板受拉情况下,减小腹板高厚比和翼缘宽厚比对蜂窝组合梁的承载力均有提高,增大钢筋纵向配筋率可以提高蜂窝组合梁的开裂荷载.结论腹板高厚比、翼缘宽厚比以及混凝土板纵向配筋率对蜂窝组合梁力学性能均有明显影响,设置混凝土板可以小幅提高组合梁承载力.     

高铁站房型钢混凝土梁疲劳性能试验研究

鉴于型钢混凝土(SRC)梁在高铁站房应用的需要,对3根尺度和构造细节与实际工程一致的H型钢混凝土梁进行了基于设计荷载的静力试验和200万次的疲劳试验.在此基础上,继续进行了增大荷载幅的疲劳试验.介绍了SRC梁试件、加载和测试等方案以及试验结果,比较了静力加载和疲劳加载阶段的结构性能,阐述了SRC梁疲劳裂纹萌生和扩展的破坏特点.研究表明:在设计荷载静力作用和200万次循环作用下,SRC梁保持完好,处在弹性阶段,混凝土表面最大裂缝宽度不超过0.2 mm;增大荷载幅之后,这些SRC梁又经历了31～146万次寿命后发生疲劳破坏;疲劳破坏之前,SRC梁各组件协同工作良好,应变分布符合平截面假定;疲劳破坏起源于H型钢受拉翼缘与腹板的焊接部位,焊接H型钢梁的疲劳性能对整个SRC梁的疲劳强度起着十分关键的作用.最后提出了改善SRC梁疲劳强度的建议和未来需进一步研究的工作.     

钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的性能试验

对钢与普通混凝土组合梁的栓钉连接件和钢与钢纤维混凝土组合梁的栓钉连接件进行推出试验.研究钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的抗剪性能,并和钢与普通混凝土组合梁的栓钉连接件的抗剪性能进行对比.通过比较分析发现:钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的抗剪承载力高于钢与普通混凝土组合梁栓钉连接件的抗剪承载力;钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件的极限承载力对应的滑移值明显大于钢与普通混凝土组合梁栓钉连接件的极限承载力对应的滑移值.对钢与钢纤维混凝土组合梁栓钉连接件抗剪承载能力的理论计算提出建议.