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。     

桥面板徐变对曲线组合梁桥剪力钉受力性能的影响

钢-混组合梁桥中桥面板与钢主梁通过剪力键连接,混凝土板徐变效应会对剪力键内力产生影响。为探究这种影响,以某座钢-混组合曲线梁桥为背景,使用ANSYS建立精细化实体有限元模型,按金属蠕变原理模拟混凝土板徐变效应,在考虑施工阶段的基础上研究混凝土板徐变效应下剪力钉的力学行为。研究表明：钢纵梁处剪力钉横桥向徐变内力约为顺桥向2.0倍,但徐变内力变化趋势均相同即每跨跨中向两侧支点逐渐递增,徐变内力极值均出现在支点湿接缝附近剪力钉上。钢横梁剪力钉横桥向、顺桥向内徐变内力均由横截面中线向两侧逐渐增加,但受“弯扭耦合”影响,横梁内、外侧剪力钉徐变内力相反。徐变影响下全桥剪力钉顺桥向徐变滑移分布较横桥向更加均匀,绝大多数剪力钉顺桥向徐变滑移量仅为横桥向的30%～50%。混凝土板徐变效应对剪力钉内力影响随时间的增加而减弱,内力影响最大是成桥初期3个月;增加混凝土板预制龄期可显著降低成桥时剪力钉的徐变内力,推荐采用龄期为180 d的桥面板,并计入10年徐变效应可满足工程要求。     

装配式结构先,后浇混凝土界面分析

本文合理地建立了装配式钢筋混凝土结构非线性有限元分析中，先，后浇混凝土相交界面剪力传递的力学模型，实现了先，后浇混凝土界面之间相互作用的模拟，依据该模型编制的非线性有限元程序对所完成的装配式结构计算分析表明，计算结果与试验数据吻俣良好。     

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。     

装配式桥梁预制混凝土桥面板安装施工工艺

济祁高速公路淮合段寿县淮河特大桥引桥工程采用装配式钢‐混凝土组合桥梁结构。桥墩、桥面板、钢板梁均采用工厂预制,现场拼装工艺。大规模应用了预制装配式技术,使桥梁构件工厂化、标准化和模数化。预制桥面板吊装就位后,桥面板外伸钢筋与钢板梁上焊接剪力钉绑扎形成钢筋网,通过现浇混凝土湿接缝连成一体,保证了连接质量,提升了桥梁的整体性能。形成的装配式桥梁预制混凝土桥面板安装施工方法,为今后类似的桥梁施工提供了可以借鉴的方法。     

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验研究

采用高强螺栓剪力键连接的钢-预制UHPC组合梁具有性能优越、施工方便、构件拆除更换快捷等优点。目前缺乏关于UHPC中高强螺栓剪力键抗剪性能的相关研究,限制了该类组合梁的工程应用。基于此,试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响。试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式,剪切面下方发生局部混凝土受压剥落,而预制UHPC板外表面仅在预制槽周边观察到细微裂缝。随着螺栓直径从16 mm增大至27 mm,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了210%、128%和124%;当螺栓等级从4.6级提高到12.9级时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了124%、77%和92%;随着螺栓预紧力等级从0.2增大到1.0时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力和延性变化不明显,但初始抗剪刚度提高了80%;相比于相同直径的传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求。结合试验结果,分析现行国内外规范对钢-混凝土组合梁中剪力键抗剪承载力计算公式的适用性,并在此基础上提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力。此外,研究提出适用于预测钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键荷载-滑移关系的计算模型,模型预测结果与试验结果的相关系数处于0.98到0.99之间。     

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。     

钢-混凝土混合梁接合面受力分析

应用大型空间有限元软件ABAQUS对某大桥混合梁钢—混接合段模型进行分析,探讨了接合面上接触摩擦作用对接合面受力的影响以及剪力钉受剪规律.结果表明:钢-混接合面位置、构造形式、传力均较合理;考虑接触摩擦会降低剪力钉受到的剪力,但不影响钢和混凝土箱梁以及剪力钉群的内力分布规律;接合面的剪力钉离中和轴越远受到的竖向剪力越大,实际应用中应加以重视.     

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.     

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。     

预制装配式足尺RC锥形独立基础下压变形特性试验研究

由于变电站建筑基础相对尺寸及质量较大,0 m以下基础的模块化装配率较低,为此提出了一种110 kV变电站气体绝缘开关设备(GIS)建筑钢筋混凝土(RC)锥形独立基础,按照装配式要求提出该基础的模块化及装配式方案,并进行装配模块ZK-1和FK-1尺寸、剪力键及配筋设计;同时,开展足尺模块化基础浇筑及装配试验。以装配预应力钢棒的预紧力大小为参数,开展小立柱加载的下压试验,考察装配式基础底板下压变形及装配缝张开变形的变化特点;分析装配用钢棒预紧力大小对下压变形、张开变形及残余变形的影响规律,探讨合理预紧力取值。测试并对比剪力键及剪力槽钢筋应变的发展及变化特点,探讨下压荷载下剪力键及剪力槽的设计要点。结果表明：当下压荷载为380 kN时,预制装配式RC锥形独立基础没有发生任何失效破坏现象,装配剪力键及剪力槽均没有发生破坏现象;装配式基础的装配预紧力为2.00F_t时,可以满足刚度及挠度要求。本文研究成果可为装配式RC锥形独立基础的装配式方案设计、预紧力取值以及剪力键设计提供依据。     

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.     

采用榫卯剪力键的预应力装配式双柱桥墩拟静力分析

目的探究地震的作用下预应力钢筋混凝土装配式双柱桥墩的力学性能及影响因素,分析钢筋混凝土双柱式桥墩的节点破坏机理.方法基于ABAQUS有限元软件进行装配式双柱桥墩结构的非线性数值模拟,分别依托实际工程设计整体现浇模型和采用剪力键的装配式双柱桥墩模型,研究结构在低周往复位移荷载作用下的抗震性能和桥墩节点处的破坏形式.结果预应力双柱墩与现浇模型破坏接近,破坏的损伤均集中在桥墩塑性铰处,现浇墩极限荷载为212.9 k N,预应力双柱墩极限荷载为245.1 k N,但预应力钢筋在混凝土达到屈服后,拥有较好的自复位性能,减小残余位移;榫卯剪力键较好地阻止了在荷载作用下的剪切滑移,使桥墩在受力方面存在冗余度和足够的抗侧刚度.结论榫卯剪力键可以提高装配式双柱桥墩的承载能力和整体性能,对装配式双柱桥墩的工程应用提供参考.     

钢混桥塔结合段内剪力连接件的弹性刚度计算

对于单一开孔板连接件或剪力钉连接件力学特性的研究,各国学者已进行了大量数值分析与试验的探索,得出了单一开孔板连接件或剪力钉连接件的力学行为。但实际混合桥塔的钢-混结合段内部是由大量开孔板连接件和剪力钉连接件形成的群钉组合连接件构成的。当前对于钢-混结构内组合连接件的研究比较匮乏,还没有明确的数值模型及理论推导用于组合连接件传力规律的研究。且组合连接件本身的设计参数对抗压性能的影响也还需要进一步的明确。因此,以顺德大桥的桥塔钢混结合段内的一种组合剪力连接件为实例,研究此抗剪连接件在弹性加载阶段,其内部的开孔板连接件和剪力钉连接件分别对该单层组合剪力连接件抗压刚度的贡献;建立弹簧模型,推出此单层组合剪力连接件弹性刚度的计算公式;利用ABAQUS有限元软件对单层组合剪力连接件进行加载仿真模拟分析,在弹性加载阶段其荷载-位移曲线呈极强的线性关系,拟合后与所推导公式的弹性刚度计算结果进行比对。结果表明：单孔开孔板连接件抗压刚度解析解与数值解的误差为4.87%,单根剪力钉连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为0.903%,单层组合剪力连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为11.54%,所推导弹性刚...     

混杂纤维混凝土螺栓剪力键疲劳性能

针对目前钢筋混凝土桥面板在车载反复作用下易开裂,以及焊钉剪力键锚固在混凝土中使得劣化桥面板难以更换问题,提出一种新型混杂纤维混凝土(HFRC)螺栓剪力键.为研究混杂纤维混凝土螺栓剪力键在疲劳荷载作用下的疲劳性能,设计4个推出试件(2个HFRC试件,2个普通混凝土(NC)试件)分别进行静载推出试验和疲劳推出试验;应用有限...     

沥青混凝土断裂性能模拟研究

沥青混凝土开裂是沥青路面的主要病害之一。采用标准半圆形弯曲梁(SCB)试验及有限元模拟对沥青混凝土断裂机理进行研究。结合内聚力单元法与随机骨料建模技术对沥青混凝土断裂行为进行模拟仿真,通过生成随机骨料模型,探究骨料随机分布对沥青混凝土断裂行为的影响。结果表明:该模拟方法考虑了骨料对裂缝扩展的影响,能够有效地预测沥青混凝土的断裂行为,对沥青路面设计具有指导意义。     

干节点PPC连续梁力学性能试验及有限元研究

目的研究预制装配式混凝土连续梁的力学性能,探索连续梁新型节点力学性能.方法设计并制作了4根混凝土连续梁,4根连续梁均采用分段预制,分别由预埋钢板+钢盖板焊接和预埋钢板+钢盖板螺栓的干式连接方式连接而成.通过对连续梁每跨进行三分点静载试验,得到试验梁承载力、裂缝分布和变形等实验数据.基于实测数据,利用ABAQUS建立了21根装配式连续梁的有限元模型并对其塑性性能进行了分析.结果结果表明:在配筋条件相同的情况下,预埋钢板+钢盖板焊接节点试验梁比预埋钢板+钢盖板螺栓节点试验梁的承载力高,并且节点连接方式对预制装配式混凝土连续梁的受弯破坏形态没有影响;采用无粘结预应力配筋的试验梁,可显著改善预制装配式混凝土连续梁的受力性能.由有限元分析结果可知:在相同配筋情况下,预制装配式预应力混凝土连续梁的弯矩调幅系数小于整浇预应力混凝土连续梁;预埋钢板+钢盖板焊接节点连接的装配式预应力混凝土连续梁的弯矩调幅系数比预埋钢板+钢盖板螺栓节点连接的装配式预应力混凝土连续梁略小.结论干节点预制预应力混凝土连续梁有良好的力学性能,能够满足承载力与节点塑性性能要求.     

基于内聚力模型的钢筋混凝土梁断裂模拟

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,本文介绍了一种内聚力模型的方法来模拟钢筋混凝土梁在静态条件下的断裂行为。利用Python开发的计算机程序,通过在有限元模型中插入内聚力单元,并分别对三点弯曲素混凝土梁的Ι型断裂失效模式和L型混凝土板混合断裂失效模式进行模拟,验证了内聚力模型在素混凝土结构中的适用性。在此基础上展开对四点弯曲的钢筋混凝土梁断裂过程模拟,通过分析钢筋混凝土梁的裂纹扩展过程和荷载—挠度曲线,并与文献中的试验结果进行比对,计算结果与试验结果吻合较好。可见该方法适合于钢筋混凝土梁的断裂失效模拟。     

斜拉桥钢-混锚板式索梁锚固区摩擦效应分析

基于徐明高速公路某斜拉桥建立包含接触非线性的有限元模型,通过对摩擦因数的参数化分析,讨论复杂空间受力与多种剪力键共存的条件下钢-混锚板式索梁锚固区的摩擦效应.研究结果表明:摩擦效应成为区别于PBL键与剪力钉的传力途径;摩擦应力的分布与接触面压应力正相关;相对滑移初始集中在主动变形区域;摩擦效应对PBL键和剪力钉的受力影响从初始滑移区域沿变形传递路径逐渐累积,甚至会改变局部受力和相对滑移的方向;摩擦效应与摩擦因数呈现显著的非线性变化关系;其发挥依赖于一定的钢-混变形能力和相对滑移趋势.     

超高韧度水泥基修复剪力墙试验的数值分析

采用扩展有限元方法(XFEM)与内聚力裂缝模型相结合,模拟超高韧度水泥基(ECC)修复震损剪力墙中混凝土和ECC材料内部的裂缝开展,以及界面裂缝在ECC与混凝土界面之间开展的力学行为,并在此基础上数值再现了原有钢筋混凝土墙体及修复后墙体在侧向荷载作用下的反应.结果表明:将扩展有限元方法与基于界面的内聚力模型相结合,可较好地模拟有黏结界面的修复后剪力墙的受力行为,有限元模拟计算结果的极限承载力和相应位移与试验结果吻合良好.