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%.     

多排焊钉推出试验试件力学性能

单排焊钉推出试验与多排焊钉推出试验得到的单钉承载力有一定的差别,为了明确焊钉排数对多排焊钉的抗剪承载力的影响,进行了1组单排焊钉基本力学试验和4组不同排数的多排焊钉力学性能试验.试验结果表明,焊钉排数对焊钉的抗剪承载力有影响,换算得到的单个焊钉承载力随排数的增加而降低,焊钉排数的影响随排数的增加而趋于稳定,其影响值在15%以内.结合试验结果,给出了焊钉排数对其抗剪承载力影响的表达式.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.     

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.     

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.     

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%.     

多向受力状态焊钉连接件受力特性分析

 鉴于索塔锚固结构中焊钉受力状态的特殊性,对混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下焊钉连接件的受力特性进行研究。通过对单钉推出试验进行有限元分析,验证了有限元模拟方法的正确性。采用有限元方法,研究了在混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下,焊钉连接件抗剪承载力、剪切刚度以及焊钉变形、应力的变化规律。研究表明,混凝土竖向承压对焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度均产生影响;在幅值变化相同的情况下,水平拉力的变化对焊钉极限承载力的影响显著,而水平压力的变化则对焊钉剪切刚度的作用明显;两种受力状态下焊钉变形和应力分布规律相近;混凝土竖向承压和水平力共同作用下,钢板与混凝土接触状态不同,焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度的变化规律则不同。     

焊钉集群式后结合超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能

为考察焊钉集群布置对后结合超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板受力性能的影响,进行常规均匀焊钉布置组合桥面板及群钉布置后结合组合桥面板试件的弯曲荷载试验和基于材料塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明,群钉布置与均匀焊钉布置试件破坏模式特征均为UHPC板压溃、钢结构U肋底面屈服,二者弹性抗弯刚度分别为232kN·mm^-1及213k N·mm^-1,承载力分别为2 154 kN及2 049 kN。U肋屈服前,两试件的界面最大滑移值均小于0.2 mm。两试件应变分布及发展规律相似,截面应变分布均近似服从平截面假定。参数化分析结果表明,群钉孔纵向布置间距由600 mm增至1 200 mm,承载力及弹性刚度无明显变化。群钉孔尺寸相同时,孔间距对UHPC黏结界面结合状态无显著影响。间距600 mm相较1 200 mm布置可更好地保证焊钉受力安全性及截面组合效应。综合对比参数化模型抗弯性能,纵向间距600 mm结合群钉孔内2×3群钉布置对正弯矩作用下后结合钢-UHPC组合桥面板受力状态改善更为有利。     

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.     

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.     

大直径焊钉连接件抗剪性能试验

为了解决部分情况下组合结构桥梁钢-混结合面焊钉布置过密的问题,通过直径22mm,25mm和30mm焊钉的抗剪承载性能模型试验比较分析了直径25mm和30mm大直径焊钉相对于直径22mm常规焊钉破坏模态、承载力、刚度和变形性能的差异,并对国内外桥梁规范中焊钉抗剪承载力设计式对于大直径焊钉的适用性进行了评估.研究结果表明,相对于直径22mm焊钉,直径25mm和30mm焊钉的抗剪承载力平均增大约14%和42%,抗剪刚度平均增大约35%和106%.《公路钢结构桥梁设计规范(送审稿)》、规范Eurocode 4和规范AASHTO LRFD中的抗剪承载力设计式均可较为保守地计算大直径焊钉的抗剪承载力,其中Eurocode 4最为保守.试验值与设计值的比值随焊钉直径的增加而减小.     

复合剪力连接件群钢-混结合段力学性能

为研究复合剪力连接件群钢-混结合段的力学性能,以我国首座铁路混合梁斜拉桥为研究背景,通过数值模拟与模型试验相结合的方法研究了钢-混结合段及其复合剪力键群的静力和疲劳性能。结果表明：需注重钢-混结合段的构造细节处理以避免产生局部应力集中现象;剪力钉较PBL剪力键起主要传剪作用,与复合剪力键群形式相比,只采用PBL剪力键传剪会增大承压板传力负荷;底板剪力钉受形式与推出试验结果一致,由于混凝土浇筑质量等原因,顶板剪力钉受力形式与推出试验有一定差异;在疲劳试验后,受力较大的底板剪力钉根部应力水平增大较多,进入弹塑性受力状态,受力较大的PBL剪力键应力水平有所增大,但整体应力水平较低。可见采用复合剪力键形式的钢-混结合段受力合理,其设计可以为其他同类工程提供参考。     

高温下栓钉剪力连接件受力性能的试验

为研究高温下栓钉的抗剪性能,对24个栓钉推出试件进行了高温下推出试验.试验考虑了平板、压型钢板肋与钢梁垂直和压型钢板肋与钢梁平行三种混凝土板型式,考察了栓钉在不同温度下不同混凝土板型式中的受力特点和破坏模式.试验结果表明:平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件均为焊缝上侧栓钉剪断破坏,而压型钢板肋与钢梁垂直的试件在温度较低时为混凝土拔出破坏,温度较高时转为栓钉剪断破坏.另外,三种混凝土板型式中栓钉的抗剪承载力和刚度均随温度的升高而降低,且平板混凝土试件和压型钢板肋与钢梁平行的试件中栓钉的承载力比压型钢板肋与钢梁垂直的试件中栓钉要高.通过对试验数据的拟合,提出了高温下栓钉抗剪承载力的计算公式.     

焊钉连接件抗拉承载力试验研究

为建立组合结构桥梁常用焊钉连接件的抗拉承载力计算方法,进行了高度分别为100、200、300和400mm的焊钉连接件抗拉承载性能模型试验,比较分析了高度对破坏模态、承载力和峰值分离的影响;基于国内外93个模型试验结果,比较分析了ACI 318-08、PCI 5th和CEB-ECCS等标准所建议抗拉承载力计算式与试验结果的吻合度;给出了防止焊钉拔出、边缘混凝土压裂和混凝土掀起等脆性破坏的限制条件;结合脆性破坏限制条件和延性破坏抗拉承载力计算式提出了焊钉连接件延性破坏抗拉承载力计算方法.研究结果表明:焊钉受拉延性破坏时的承载力和峰值分离约为脆性破坏时的1.5和5.8倍;ACI 318-08所建议计算式与试验结果吻合度较高;分别采用混凝土强度等级、焊钉缘端距离及焊钉高径比作为限制条件,能够防止焊钉受拉时发生脆性破坏;提出的焊钉连接件延性破坏抗拉承载力计算方法,可为焊钉连接件的延性设计提供参考.     

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.