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.     

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。     

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.     

组合箱梁的栓钉剪力连接件的受力性能分析

为验证有限元分析方法研究栓钉剪力连接件受力性能的可行性和准确性,首先介绍了栓钉剪力连接件的受力机理;其次应用有限元软件ANSYS建立了某大桥组合箱梁的栓钉剪力连接件的实体模型;最后基于有限元模型,对影响栓钉剪力连接件抗剪承载力的混凝土强度等级、栓钉的直径、栓钉的长度、栓钉的材料强度、是否设置贯穿钢筋等5个相关参数进行相应的分析.通过将其计算结果与经验公式进行对比分析,得到了栓钉连接件极限抗剪承载力的建议公式,为以后的实际应用和设计计算提供参考.     

苏通大桥索塔栓钉剪力连接件的力学性能试验

利用剪力钉将钢锚箱和混凝土塔壁结合形成的一种新型锚固形式开始用于大跨度斜拉桥中.结合苏通大桥工程,进行了4组12个试件不同水平压力下的剪力钉性能试验,试验结果表明,随着压力的增大,剪力钉的极限承载力增加,苏通大桥索塔中,预压力对剪力钉极限承载力影响最大为9.3%.利用3个试件进行了剪力钉基本力学性能的标准推出试验,得到苏通大桥索塔剪力钉的极限抗剪强度、屈服抗剪强度、容许抗剪强度、抗剪刚度等基本力学指标,并将其与国内外其他计算方法进行了比较.     

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。     

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。     

腹部纵向配筋混凝土梁斜截面抗剪承载力

针对腹部纵向配筋混凝土梁,提出了将纵向水平普通钢筋与箍筋共同作为受力腹筋,从而形成整体抗剪受力模式的抗剪计算方法．基于平截面假定,可以计算得到混凝土梁抗剪承载力中混凝土承担的剪力部分．考虑纵向腹筋参与受力作用的桥梁抗剪承载力模型的试验,研究表明,纵向腹筋不仅可以承担主拉应力的水平分量、与箍筋同样起到抗剪的作用,并且可以推迟破坏斜裂缝的出现时间,减小斜裂缝的发展宽度,有效提高梁的刚度及抗剪承载力．     

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。     

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-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.     

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.     

橡胶-焊钉组合连接件对钢-混组合梁受力性能影响分析

为了研究橡胶?焊钉组合连接件力学性能及其对组合梁受力性能的影响,设计制作了5组15个推出试件,通过静力加载试验测试了橡胶?焊钉组合连接件的受力性能,并采用有限元模型针对组合焊钉连接件对于组合梁受力性能的影响进行了分析。试验及有限元分析结果表明：组合焊钉连接件在不改变推出试件承载能力的情况下有效减小了试件的抗剪刚度,且橡胶?焊钉组合连接件对连续组合梁挠度以及钢梁应力的影响很小,但对中支点位置的混凝土应力降低作用明显。对于布置直径为22和19 mm焊钉的组合梁桥,采用组合连接件后组合梁负弯矩区混凝土应力降低比例可达26 %以及13 %。针对刚度变化位置产生较大的应力突变问题,在正弯矩区与负弯矩区的交接部分设置2 m的过渡区域能够使应力突变大小减小30 %,有效改善了变刚度区域应力突变的现象。     

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.     

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。     

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。     

PBL剪力键受力性能研究及其承载力影响因素分析

目的研究混凝土等级,贯穿钢筋直径等参数对于PBL剪力键受力形态及抗剪承载力的影响.方法运用大型非线性有限元分析软件ANSYS12.0对模型进行有限元理论分析,通过单一参数法研究各参数对于剪力键受力性能的影响.结果经分析得出PBL剪力键(开孔钢板连接件)承担的水平、竖向分力均随着贯穿钢筋的直径增大而有所增大;随着贯穿钢筋直径的增大,剪力键混凝土底部的最大应力减小了2.2%,最大滑移减小3.7%;混凝土的强度等级由C30增大到C60后,剪力键的滑移量降低了5.4%,对于抗剪承载力的提高有显著影响.结论剪力键中贯穿钢筋的直径、混凝土的强度等级以及混凝土与钢板的有无粘结均对PBL剪力键的抗剪承载力有显著的影响.     

胶合竹-混凝土组合梁RPC-钢复合连接件试验研究

针对现有凹槽连接件与销连接件性能上的不足,提出了一种适用于装配式胶合竹-混凝土组合梁的活性粉末混凝土(RPC)-钢复合连接件,复合连接件由带轴向开孔的螺杆外包RPC组成.对6组复合连接件开展了推出试验,研究参数包括外包RPC厚度和螺杆直径.获取了荷载-滑移曲线、抗滑移刚度、抗剪承载力等力学指标.试验结果表明,外包RPC对复合连接件的抗滑移刚度有显著贡献,对抗剪承载力也有一定的提高作用,但复合连接件的抗剪承载力主要取决于螺杆直径.相比于凹槽连接件,复合连接件的单位面积受力效率更高;相比于销连接件,复合连接件的抗滑移刚度显著提高.复合连接件结合了凹槽连接高刚度与销连接高延性的优点,且便于现场装配,在性能上具有突出优势.基于试验结果,提出了复合连接件的设计原则与尺寸范围.     

剪力钉极限承载能力研究进展及分析

剪力连接件是保证钢—混组合结构和混合结构协同工作的关键构件,目前结构中采用较多的剪力连接件为剪力钉.由于现有的规范对剪力钉极限承载力计算各不相同,有必要对剪力钉极限承载力计算方法进行总结和分析,具体将不同规格剪力钉进行推出试验研究,与不同规范计算值进行比较分析.同时,通过非线性有限元对剪力钉受力情况进行数值分析.研究结果表明:1)对于常用规格剪力钉,目前各国规范中剪力钉极限抗剪承载力均低于推出模型试验实测值,对于大尺寸剪力钉和剪力钉成群布置的情况应保守取值,中国《钢结构设计标准》提出剪力钉极限承载力计算公式较为合理;2)通过合理假定,剪力钉非线性有限元模型可以较好地模拟剪力钉推出试件的受力状态,通过有限元计算分析表明,在距剪力钉根部较近部位其承受了较大的剪应力和轴向应力.     

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.