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.     

焊钉橡胶组合连接件抗剪性能试验

为了在确保钢与混凝土连接件抗剪承载力不变的情况下达到降低抗剪刚度的目的,提出了焊钉杆部外套橡胶的组合连接件构造.以橡胶套设置与否以及橡胶套的高度、厚度为参数进行了18个模型试件在单调和反复加载作用下的抗剪推出试验,结果表明,外套橡胶的组合连接件相比于普通焊钉连接件其抗剪承载力基本保持不变,抗剪刚度显著减小;在反复加载作用下两者具有相同的变形恢复性能;组合连接件的橡胶套高度宜小于焊钉高度的3/4、厚度在到达焊钉直径的1/8时已经能够起到显著减小抗剪刚度的效果.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

栓钉连接件抗剪承载力可靠度分析

基于《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283-1999)(以下简称《公路统一标准》),以试验数据为基础,采用一次二阶矩法(JC法),对《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)中栓钉连接件抗剪承载力计算公式进行了可靠度分析.结果表明,规范公式能满足《公路统一标准》的可靠指标要求,但明显偏于保守.继而对栓钉连接件抗剪承载力计算公式进行可靠度校准,得到了混凝土破坏和栓钉破坏2种破坏形态的抗力分项系数,提出了栓钉连接件抗剪承载力的修正公式.可靠度分析表明:修正公式的可靠指标得到了有效减小,并能满足《公路统一标准》的可靠指标要求;相比较规范公式,混凝土破坏和栓钉破坏时承载力分别提高了4.7%和10.0%.     

钢-混凝土组合梁抗剪连接件研究

钢‐混凝土组合梁是目前工程领域中广泛应用的构件形式,通过在交界面设置抗剪连接件抵抗型钢与混凝土的相对滑移及竖向掀起,能够保证2种材料形成整体共同发挥组合作用。文章重点介绍抗剪连接件分类、受力特点及国内外相关研究成果,并提出一种新型连接件形式,以期为抗剪连接件的后续发展研究提供参考依据。     

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.     

剪力钉连接件参数有限元对比分析

剪力钉连接件是目前组合梁桥中最为常用的剪力连接件形式.针对剪力钉连接件以抗剪为主的受力条件,本文通过建立剪力钉连接件推出试验的有限元模型,通过调整对剪力连接件有影响的各种构造参数,分析各构件参数对剪力钉连接件受力性能的影响程度及范围.     

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。     

粗砂与结构物接触面的剪切特性试验研究

利用同济大学研制的大型多功能界面剪切仪,对粗砂与结构物的剪切变形特性进行研究.采用在剪切盒内灌注彩色砂条的方法研究剪切带的空间分布特性.结果表明,彩色砂条的变形可以反映剪切带厚度和空间分布.剪切带厚度为6～11 mm,厚度随着法向应力的增加呈增加的趋势;剪切带厚度在空间上的分布呈现出不均匀性,在剪切方向(X轴方向)上呈现中间大两端小的趋势,在垂直剪切方向(Y轴方向)上离散性较小、分布近似均匀.剪切板凹槽的约束作用,使得凹槽内的砂土颗粒带动附近砂土颗粒运动,从而形成剪切带.土体的剪胀特性是由于剪切带内砂土的变形导致的,剪切初始时剪胀速率较快,达到抗剪强度后剪胀速率减慢.