栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响

为了研究栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响,通过24个栓钉抗剪性能模型推出试件,获得栓钉在不同直径和高度下的荷载-滑移曲线和破坏模态,比较分析栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响,建立考虑栓钉高度的抗剪承载力计算式. 研究结果表明：当栓钉连接件长径比为4.5~13.2时,栓钉的抗剪承载力随长径比的增加而增大;当栓钉长径比小于10时,抗剪刚度随长径比的增加而增大,当长径比大于10时,抗剪刚度变化较小. 提出栓钉连接件长径比为4.5~13.2时栓钉连接件发生剪断破坏时的抗剪承载力计算式,该公式考虑的因素更全面,与试验结果较吻合;中国现行规范关于栓钉抗剪刚度的设计值偏保守,在进行设计时可以选取规范Eurocode4或Oehlers提出的计算方法进行参考,以达到减少栓钉使用数量,降低设计和施工难度的目的.     

栓钉剪力连接件力学性能分析

从栓钉剪力连接件受力机理与破坏模式分析出发,基于弹塑性地基中横向荷载作用下的单桩理论,建立栓钉剪力连接件的挠曲线微分方程。根据栓钉剪力连接件各阶段的受力特点,引入边界条件,对栓钉剪力连接件的挠曲线微分进行了求解分析,提出了栓钉剪力连接件的抗剪承载力、剪切刚度、弹性阶段末端的滑移值等的计算公式,建立了栓钉剪力连接件荷载-滑移的三折线本构模型,该模型具有数学形式简单且物理意义明确等特点。算例分析表明：栓钉剪力连接件抗剪承载力值、剪切刚度值、弹性末端滑移值、极限滑移值计算值分别为85.44kN,64.92 kN/mm、0.64 mm、6.13 mm,计算值与试验值吻合较好;栓钉剪力连接件的三折线荷载-滑移关系曲线与Buttry与Ollgaard拟合的全曲线式荷载-滑移曲线较接近,且与栓钉剪力连接件的试验荷载滑移曲线吻合较好。     

钢-轻骨料混凝土组合梁栓钉连接件承载力分析

在分析国内外钢-混凝土组合梁各种剪切连接件工作机理及栓钉连接件受力性能的基础上,着重阐述了组合梁中栓钉连接件的承载力计算方法,并用最小二乘法拟合出适用于钢-轻骨料混凝土组合梁栓钉承载力计算公式．     

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明：除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。     

疲劳荷载作用下栓钉连接件的抗剪承载力退化规律

为了解钢-混凝土组合结构中栓钉连接件在疲劳荷载后的力学特性,针对栓钉推出试件进行静载破坏试验、完全疲劳试验以及非完全疲劳破坏试验.在此基础上归纳了已有栓钉连接件的非完全疲劳破坏的相关试验数据,将疲劳循环次数和剩余抗剪承载力这两个参数作归一化处理,使得所有试验数据具备可比性;同时基于剩余强度理论,推导出适用于栓钉连接件的剩余承载力计算模型,并通过试验数据拟合确定其参数;最后通过若干文献的试验数据进行验证分析.结果表明:在疲劳荷载作用下,栓钉连接件的剩余承载能力呈现先慢后快的非线性退化趋势.所提出的栓钉连接件承载力幂指数退化模型可以较好地描述栓钉连接件的剩余承载力随疲劳循环次数的变化规律.     

剪力钉连接件拉剪共同作用抗剪性能

为明确剪力钉连接件在拉剪荷载作用下的力学性能,开展了5组受拉、受剪和拉剪共同作用模型试验,结合有限元模型,探讨了混凝土强度和剪力钉尺寸对抗剪承载力的影响,提出了拉剪共同作用剪力钉连接件荷载-滑移关系式和抗剪承载力计算公式。结果表明：当拉力施力比从0增到0.6时,剪切刚度下降69%,弹性极限荷载与抗剪承载力的比值从0.55下降至0.24,抗剪承载力下降31%;混凝土强度和拉力施力比对剪力钉抗剪承载力的影响具有相关性。本文提出的拉剪共同作用剪力钉连接件荷载-滑移关系式和抗剪承载力计算公式可应用于工程设计和计算。     

钢与轻骨料混凝土之间栓钉承载力的研究

基于14个栓钉连接件在单调荷载下的推出试验,对轻骨料混凝土中栓钉的破坏形态、抗剪承载力、荷载-滑移关系、变形能力等进行了研究,重点分析了混凝土强度、栓钉直径等参数对栓钉抗剪性能的影响.结果表明:栓钉在轻骨料混凝土中的抗剪承载力与在普通混凝土中相近;栓钉具有较好的抗剪延性与变形能力.最后,在试验的基础上,初步提出了轻骨料混凝土中栓钉抗剪承载力的经验公式.     

带栓钉钢板与外包混凝土剪力墙共同工作性能研究

为研究带栓钉抗剪键钢板在混凝土剪力墙中的锚固性能,进行了18个配置列阵栓钉抗剪键的内藏钢板混凝土墙板试件在单调连续加载下的推出钢板试验研究.试件设计中考虑了栓钉的直径、长度和数量,混凝土墙体厚度,钢板厚度,墙体分布钢筋配筋率等参数.在试验基础上,分析了钢板与外包混凝土之间的抗剪切极限荷载和滑移、钢板及栓钉应变、试件破坏形态等,研究了此类墙板的受力特点与破坏模式以及栓钉配置方式对墙板协调工作性能的影响.试验研究表明:在栓钉抗剪键面积一定的情况下,采用较小直径栓钉并加密栓钉的列阵布置可明显提高墙体的抗剪切承载力,在一定条件下钢板厚度的变化对承载力影响较小,内藏钢板剪力墙墙板应满足一定的厚度要求,栓钉的栓杆长径比λ应大于等于4.提出了适于内藏钢板混凝土剪力墙体设置列阵栓钉抗剪键的抗剪切承载力简化计算方法.     

压型钢板肋中栓钉连接件的静力强度计算

本文从分析带压型钢板的栓钉剪力连接件的推出试验破坏形态入手,提出一简化的计算模型,由平衡条件导出了计算栓钉连接件的静力强度计算公式.该公式与国际上较为流行的公式相比,具有概念明确、形式简单等优点,而且试验值与计算值吻合很好.     

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力数值分析

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,建立ABAQUS有限元模型,探讨了端距、螺栓预拉力、波形对波纹板连接件承载力的影响.结果表明:为保证板件端部不被剪断,波纹板连接件的端距应不小于3d₀;当波纹板连接件发生孔壁承压破坏时,承载力随预拉力的增加而增加,承载力计算公式建议按中国平板连接计算公式乘以1.1的增大系数考虑;当发生螺杆剪切破坏时,预拉力对承载力影响较小,波纹板连接件承载力按平板连接计算公式计算.     

带栓钉的内置钢板混凝土组合剪力墙抗剪性能研究

为研究带栓钉的内置钢板混凝土剪力墙的受力状态及承载力的变化规律,以4个带栓钉的内置钢板混凝土剪力墙试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了22组带栓钉的内置钢板混凝土剪力墙的有限元模型,模拟了加载的过程和剪力墙的受力性能,考虑了材料的非线性,栓钉的滑移模型等,并将模拟结果与试验结果进行对比.分析不同参数如墙体厚度,钢板厚度,栓钉的直径、间距,轴压比及高宽比对组合墙的水平承载力和变形的影响,主要得到了栓钉对内置钢板混凝土剪力墙的影响规律.分析结果表明:当墙体、钢板厚度满足一定要求时,采用较大直径栓钉可以明显提高墙体的抗剪承载力,但随着栓钉直径的增大,承载力增加减慢;加密布置细直径栓钉后剪力墙承载力提高明显,而且延性较好.通过栓钉的模拟计算,拟合了带栓钉的内置钢板钢筋混凝土剪力墙的受剪承载力公式,可为设计应用提供理论依据.     

疲劳荷载作用下栓钉连接件全过程荷载-滑移计算模型

为了实现全寿命周期内钢-混凝土组合梁中栓钉连接件滑移量的精确计算,开展栓钉连接件在任意疲劳循环次数下的荷载-滑移计算模型研究。设计并制作了11个栓钉推出试件进行了静力滑移量试验、疲劳滑移量试验及剩余滑移量试验。通过试验结果分析了栓钉连接件在疲劳及静力作用下全过程的滑移量增长和分布特征。在单调荷载作用下,基于统计数据建立了考虑极限滑移量的指数型栓钉荷载-滑移模型。在此基础上,考虑疲劳损伤对栓钉直径及滑移量折减,同时计入栓钉连接件滑移量的累积增长和其自身承载力退化,建立了在任意次数疲劳荷载作用下,栓钉连接件全过程荷载-滑移计算模型,并通过试验值进行验证。结果表明：栓钉连接件的滑移量可分为疲劳加载过程中的累积滑移量和疲劳加载后的剩余滑移量。在疲劳加载过程中,栓钉累积滑移量呈“快速-缓慢-急速”的三阶段增长。在疲劳加载后栓钉剩余滑移量和总滑移量均随着疲劳循环次数增加而减少,说明栓钉疲劳损伤的增加导致其整体变形性能逐渐变差。所提出的栓钉全过程荷载-滑移计算模型的计算值与试验值吻合良好。     

压型钢板－混凝土组合楼板正截面承载能力的实验研究

本文对２８块压型钢板－混凝土组合楼板进行了实验研究，试件以栓钉直径￠、均布连接件间距Ｓ，试件高度Ｈ为主要参数，分析了组合板的工作机理和破坏形态，提出了组合板的计算模型，和考虑组合界面相对滑移的抗湾承载力的实用计算方法．     

腹板嵌入式组合梁抗剪连接件拔出试验

为了研究腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的抗拔性能,考虑各影响因素,设计了6个拔出试件并进行了试验研究,得到了试件破坏特征及拔出力-位移关系曲线。建立了钢板连接件受拔出力作用的力学模型,分析了腹板厚度、横向钢筋直径及横向配筋率对拔出承载力的影响;结合钢板连接件的抗剪承载力,对这种连接件的抗拔性能是否满足腹板嵌入式组合梁的组合作用进行了验证;参照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中对栓钉连接件的要求,提出了腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的构造要求。结果表明,这种抗剪连接件具有较好的抗拔性能。     

组合连接件对钢管-混凝土黏结性能的影响

为了揭示组合连接件对钢管与外围混凝土工作性能的影响规律,开展由环板、加劲板、焊钉组成的组合连接件对钢管与外围混凝土的黏结滑移性能影响试验研究.获取界面黏结-滑移曲线以及裂缝的分布规律,并在试验的基础上开展数值模拟参数分析,并与规范计算结果进行对比.研究结果表明：带组合连接件钢管特征滑移量大于6 mm,符合欧洲规范Eurocode-4对延性连接件的要求;环板与加劲板组合能更充分地利用混凝土的抗压性能,配置一定比率的焊钉能有效提升界面弹性抗滑移刚度;增大焊钉率可以提升界面塑性抗滑移刚度、极限抗滑移强度,高焊钉率的多排焊钉并未改变焊钉作为延性连接件的性质;单个焊钉实际极限荷载值与规范计算值基本一致.     

钢与混凝土组合梁栓钉连接件的设计承载力

对我国现行规范中栓钉连接件的计算模型进行了统计分析,根据现有的试验资料确定了各种变量的统计参数,应有非中心ｔ分布函数考虑了用于统计分析的试件数对栓钉连接件抗力分项系数的影响,在可靠度分析的基础上,提出了组合梁栓钉连接件受剪承载力的设计公式。     

锈蚀栓钉连接件力学性能试验研究

为了解钢-混组合梁的栓钉连接件发生锈蚀后的静力工作性能,进行了4组栓钉试件的推出试验.首先通过人工电化学快速锈蚀方法使试件中的栓钉达到预定锈蚀状况,然后进行静载破坏试验,通过试验结果分析不同锈蚀状况对栓钉连接件力学性能的影响.结果表明:栓钉钉杆尤其是靠近结合面处发生锈蚀时,其极限承载力降低最大达到18％,相同荷载作用下滑移量增加,与极限荷载相对应的滑移量最大减小了12％;栓钉大头端部发生锈蚀时,对推出试件的承载力影响不大,但对栓钉连接件变形性能影响较大.     

钢-UHPC组合结构新型剪力件的抗剪性能

为了解决钢-UHPC组合桥面板因UHPC层较薄导致剪力件高度受限、施工难度大、抗剪强度和刚度不足等问题,提出弧形钢筋、栓钉+弧形钢筋2种新型剪力连接方式. 考虑剪力件直径的影响,设计7组共14个推出试件,通过与栓钉剪力件对比分析,研究剪力件的抗剪性能及承载力. 结果表明：3种剪力件的破坏形态及破坏机理、荷载?滑移曲线变化规律区别明显. 弧形钢筋剪力件的延性和刚度均优于另外2种剪力件,且与直径呈线性关系. 基于线性回归分析,给出考虑栓钉周围楔形块对栓钉剪力件抗剪贡献的承载力计算公式、考虑弧形钢筋和其内部UHPC共同抗剪的承载力计算经验公式,计算结果与试验值较吻合.     

剪力连接件在钢—混凝土组合梁中的实际工作性能

本文通过钢-砼组合梁的试验,研究了成组剪力连接件的实际工作性能和承载能力。提出了利用试验结果计算剪力连接件实际承载力的方法。试验和计算表明剪力连接件在组合梁中的实际承载力比推出试验得到的承载力要高(8～35％)。本文研究表明我国《钢结构设计规范》(GBJ17—88)所建议的槽钢和栓钉剪力连接件承载力计算公式是偏于安全的。     

强化有限元剪力连接件的拔出数值模拟

剪力连接件的拔出过程伴随着混凝土的拉裂与扩展,为了准确模拟拔出过程中的非连续变形及剪力连接件抗拔承载力,本文采用基于强化有限元的无厚度CZM单元,以粘聚区域模型描述剪力连接件拔出过程裂纹的开裂与扩展。然后建立了剪力连接件拔出数值分析模型,对拔出过程连续－非连续变形进行模拟,得到了拔出过程的荷载位移曲线,剪力连接件的抗拔承载力以及拔出过程裂纹扩展形态。本文方法可以实现拔出过程混凝土裂纹起裂扩展的非连续变形的数值模拟。