界面处理对预制UHPC与现浇NC界面抗剪性能的影响

对未处理和经喷砂、凿毛、切槽界面处理后的预制超高性能混凝土（UHPC）与现浇普通混凝土（NC）组合试件进行双面剪切试验，记录加载过程中的剪切荷载与界面滑移，通过剪切荷载-界面滑移曲线分析不同界面处理方式对组合试件抗剪性能的影响.结果表明：界面处理显著提高了预制UHPC与现浇NC组合试件的界面抗剪性能；不同界面处理方式下组合试件的破坏模式主要分为3种；采用边长18 mm正方形钢丝网格凿毛处理的组合试件界面抗剪强度与抗剪刚度均最大，其界面抗剪强度为未处理界面试件的4.69倍；凿毛与切槽处理使组合试件拥有较好的界面抗剪性能，表现为延性破坏；界面粗糙度相近但界面处理方式不同的组合试件抗剪性能表现出明显差异；各组试件界面抗剪强度与抗剪刚度变化趋势大致相同.     

Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

装配整体式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件受力性能试验研究

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明:预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

装配式钢-薄层超高性能混凝土组合梁大直径群钉连接件抗剪性能数值分析

为研究大直径群钉连接件在装配式钢-薄层超高性能混凝土组合梁桥中的抗剪性能,通过有限元软件ABAQUS建立了19个推出试件模型。着重分析了浇筑方式、栓钉间距、键群间距和键群数量对试件抗剪承载力、抗剪刚度和荷载-滑移曲线的影响规律。研究结果表明：试件破坏模式主要表现为栓钉根部的剪断以及混凝土的局部压碎;使用预制超高性能混凝土板推出试件的抗剪承载力比现浇试件降低10%以内;栓钉间距小于2.5倍栓钉直径时,试件抗剪承载力明显下降;随着键群间距和数量的增加,键群中单个栓钉的抗剪承载力以及抗剪刚度减小。针对装配式钢-薄层超高性能混凝土大直径群钉连接件提出了预测其荷载-滑移关系的理论模型,并将抗剪承载力试验结果与规范计算结果进行了比较,得到了适用于装配式钢-薄层超高性能混凝土组合梁桥大直径群钉连接件的计算方法。     

高温后反复荷载下带栓钉连接件型钢混凝土界面力传递性能研究

通过对6个高温后带栓钉连接件型钢混凝土短柱反复加载试验和6个高温后试件的单调加载对比试验,研究高温后反复荷载下带栓钉连接件型钢混凝土短柱的破坏形态、荷载-滑移特性、界面剪切承载力等。研究结果表明:带栓钉连接件型钢混凝土试件在反复荷载下的破坏形态与单调荷载下大致相同,破坏以栓钉外侧混凝土劈裂为主。试件的滑移刚度和界面剪切承载力随着升温时曾经经历最高温度的增加及最高温度持续时间的增长而下降。翼缘布置栓钉试件的滑移刚度和界面剪切承载力高于相同条件下腹板布置栓钉试件的滑移刚度和剪切承载力。与单调加载相比,反复荷载下试件界面剪切承载力下降。     

预制装配式组合梁栓钉连接件抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁广泛应用于各类建筑与桥梁等结构,为适应装配式组合结构的发展需求,提出了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁。通过静力推出试验,研究栓钉直径、预留孔成孔方式与孔径比(预留孔径和栓钉直径比值)对预制装配式组合梁栓钉抗剪连接件的破坏形态、抗剪承载力和滑移性能的影响规律,并进行了普通现浇组合梁栓钉抗剪连接件的对比试验。试验结果表明:破坏形态均为栓钉剪断和混凝土板开裂,螺栓直径和预制成孔后的高强填料对破坏形态有一定影响。装配式抗剪连接件承载力均大于现浇试件承载力,且大于国内外相关规范计算值,采用波纹管成孔的连接件比普通成孔连接件承载力略有提高。提出的组合梁栓钉连接件预制装配构造形式具备应用于实践的可行性,且构造形式简单、施工高效,经合理设计可满足现行规范要求。     

装配式钢-混凝土组合结构抗剪性能试验研究

为研究一种新型的预制混凝土板与型钢组合的装配式钢-混凝土组合结构的抗剪性能,开展了4组12个试件(3个整体式现浇钢-混凝土组合结构试件,9个装配式钢-混凝土组合结构试件)的推出试验,分析了该组合结构的破坏形态、荷载-滑移曲线及极限受剪承载力.结果 表明,整体式现浇钢-混凝土组合结构试件的破坏形态为栓钉剪断;而装配式钢-混凝土组合结构试件表现为局部的栓钉剪断和混凝土剪切破坏,装配式现浇钢-混凝土组合结构试件极限滑移较整体式现浇钢-混凝土组合结构试件增加1倍,延性得到明显改善;装配式钢-混凝土组合结构试件极限受剪承载力约为整体式现浇钢-混凝土组合结构试件的80％,并满足规范要求;新旧混凝土结合面进行粗糙处理后,装配式钢-混凝土组合结构试件极限受剪承载力提高5％,抗剪钢筋直径由14am增加为20mm时,装配式钢-混组合结构试件极限受剪承载力提高10％.     

高温下带栓钉连接件型钢混凝土界面剪力传递性能研究

通过20个高温下带栓钉连接件型钢混凝土短柱推出试验及2个常温下的对比试验,研究其破坏形态、荷载-滑移特性、界面剪切承载力等。试验结果表明：高温下带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的破坏形态与常温下大致相同,破坏以栓钉外侧混凝土劈裂为主;与常温下试件的荷载-滑移曲线相比,高温下推出试件荷载-滑移曲线的上升段相对平缓,在较小的荷载作用下即产生相对滑移,滑移刚度相对减小;当升温最高温度的持续时间相同时,试件的界面剪切承载力随最高温度的提高而降低,其中从常温到最高温度达到400℃以前,试件的界面剪切承载力随最高温度提高下降很快,而最高温度超过400℃以后,界面剪切承载力随最高温度提高下降的趋势减缓;当升温最高温度一定时,随着最高温度持续时间的增加,试件的界面剪切承载力降低。引入高温下界面剪切承载力影响系数,提出高温下带栓钉连接件型钢混凝土界面剪切承载力计算式,计算结果与试验结果相比总体偏于安全。     

钢-RPC组合梁栓钉连接件抗剪承载力试验研究

钢-活性粉末混凝土(RPC)组合梁是一种新型组合结构,界面栓钉连接件的抗剪承载力是组合梁结合部强度最重要的指标。采用推出试验,研究了混凝土强度、栓钉直径、栓钉长度对栓钉连接件抗剪承载力的影响规律。结果表明,对于相同的栓钉尺寸,钢-RPC(C150)栓钉抗剪承载力明显高于钢-普通混凝土(C50),二者比值约为1.3。前者发生栓钉的剪切破坏,后者发生的是混凝土的压碎破坏形式。钢-RPC栓钉抗剪承载力与栓钉直径平方成正比,但与栓钉长度变化关系不大。基于试验结果,本文提出了考虑混凝土强度影响的钢-RPC栓钉抗剪承载力的计算公式,为钢-RPC组合梁设计提供依据。     

Q690高强钢-超高性能混凝土抗剪连接件疲劳性能试验研究

为了研究Q690高强度结构钢-超高性能混凝土(UHPC)组合抗剪连接件的疲劳性能,进行了3组共12个推出试件的常幅疲劳试验,考虑了栓钉直径、单钉和群钉布置形式等因素的影响。研究表明：推出试件的疲劳破坏模式均为栓钉剪切断裂;在200万次疲劳寿命下,直径13 mm单钉抗剪连接件的疲劳强度比直径19 mm单钉抗剪连接件的高42.5%,小直径栓钉比大直径栓钉抗剪连接件的疲劳强度高;直径19 mm单钉抗剪连接件的疲劳强度比直径19 mm群钉抗剪连接件的高15.0%,单钉比群钉布置形式下栓钉抗剪连接件的疲劳强度高。将试验结果与国内外已有的普通强度钢-普通混凝土、普通强度钢-UHPC抗剪连接件疲劳数据对比分析表明,Q690高强钢-UHPC抗剪连接件具有更高的疲劳强度,其中比欧洲BS EN 1994-1-1中普通强度钢-普通混凝土抗剪连接件疲劳强度高71.8%。同时,分别提出了单钉布置和群钉布置的Q690高强钢-UHPC抗剪连接件的S-N曲线,供疲劳设计参考。     

钢-混凝土组合梁中高强螺栓连接件的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓连接件在钢-预制混凝土组合梁中的抗剪性能,对11个高强螺栓连接钢-混凝土组合试件进行了推出试验,分析了预紧力、螺栓直径、预留孔洞大小和混凝土强度等参数对高强螺栓连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载能力的影响。试验结果表明:高强螺栓连接件的破坏形态为螺栓周围混凝土受压破坏和螺栓栓杆在钢梁和混凝土界面间的弯剪破坏。高强螺栓在加载过程中,同时受到剪力、弯矩和拉力的共同作用,螺栓栓杆受力较为复杂。高强螺栓连接件受剪承载力主要受螺栓直径、混凝土强度的影响,适当增大螺栓的直径、提高混凝土强度,可提高螺栓连接件的受剪承载力。高强螺栓预紧力越大,初始滑移荷载越大,但对试件的受剪承载力影响较小。     

基于梁式试验与推出试验的栓钉连接件荷载-滑移关系对比研究

为比较基于梁式试验与推出试验得到的栓钉连接件荷载-滑移关系,在定性理论分析的基础上,建立两种试验的精细化有限元模型并进行了试验验证,运用有限元模型分析两种试验中栓钉连接件的受力状态,比较栓钉连接件的抗剪承载力和剪切刚度。结果表明,在弹性阶段,梁式试验中栓钉连接件处于双向受压状态,栓钉连接件所受掀起力较小,剪切刚度比推出试验高;在极限状态下,梁式试验中栓钉连接件所受掀起力大,栓钉连接件的抗剪承载力较推出试验低。建议当采用推出试验获得栓钉连接件的荷载-滑移关系时,应考虑将栓钉连接件的抗剪承载力进行适当折减,而剪切刚度不予折减。     

先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜式结合面受剪性能试验研究

先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜式结合面具有规模化应用于预制UHPC-普通混凝土组合构件的潜力。为研究先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜式结合面的受剪性能,考虑气泡直径25 mm以下的三种气泡膜结合面规格、有无销栓钢筋作用的影响,设计并制作了6个先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜式结合面试件、2个现浇对比试件及2个光面式结合面试件,开展受剪性能试验研究,比较了试件的破坏形态、荷载-位移曲线和抗剪强度等,提出了先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜式结合面受剪承载力计算式。结果表明：先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜式结合面破坏主要发生于普通混凝土一侧,大尺度气泡膜（气泡直径25 mm）形成的结合面受剪承载力相对较高,建议的受剪承载力计算式基本可用于评估气泡直径在25 mm以下的先浇UHPC-后浇普通混凝土气泡膜结合面的受剪承载力。     

栓钉连接件极限承载力及剪切刚度的试验

对焊接圆柱头栓钉连接件,考虑栓钉直径、混凝土强度及钢纤维配置三个因素,进行三因素三水平正交推出试验。试验数据的极差和方差分析表明,在混凝土中配置钢纤维不影响栓钉的抗剪承载力和剪切滑移刚度,但栓钉的剪切刚度随混凝土强度的提高而增大,剪切刚度与滑移量呈双曲函数关系;并给出栓钉极限承载力及剪切刚度的计算公式。重复加载试验表明,即使在剪力很小时,对栓钉卸载其滑移变形仍不能恢复。     

自带约束构造的栓钉抗剪连接件受力性能研究

钢-混凝土组合构件中的栓钉抗剪连接件作为主要传力部件,在混凝土中的力学行为极为复杂,栓钉周围的混凝土受栓钉"剪撬"局压集中作用极易产生劈裂微裂缝.为解决栓钉抗剪连接件"剪撬"局压劈裂的问题,提出一类带约束构造的栓钉抗剪连接件,通过推出试验研究了该新型栓钉连接件在钢-混凝土翼缘板之间的界面抗剪受力性能,比较了其与传统栓钉界面抗剪性能的差异.研究表明:带约束构造的栓钉抗剪连接件能依靠自身的约束构造有效地避免"剪撬"局压劈裂的不利影响,较大地提高钢-混凝土翼缘板之间的界面抗剪刚度,为钢-混凝土组合构件强连接系数的设计提供了理论依据.     

钢-高性能混凝土组合梁栓钉连接件抗剪性能的试验

基于10个栓钉连接件在单调荷载下的推出试验,对高性能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,重点分析了混凝土类型、栓钉直径等参数对栓钉抗剪性能的影响。结果表明:栓钉在高性能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;栓钉在高性能混凝土和普通混凝土中均出现了明显的刚度退化特性,且二者的退化程度相当;栓钉焊接不宜采用普通围焊工艺。最后,在试验的基础上,初步提出了高性能混凝土中栓钉抗剪承载力的设计建议。     

可拆卸组合梁剪力连接件抗剪性能数值分析

为避免传统螺栓剪力连接方式的缺陷,提出了一种用于可拆卸组合梁的新型插块式螺栓剪力连接件。以螺栓直径、缩颈杆段长度、插块材料和插块尺寸为研究参数,共设计了9个静力推出试件,研究了插块式螺栓剪力连接件的抗剪性能。以推出试件为原型,建立ABAQUS有限元分析模型进行数值分析,并通过试验进行验证。结果表明:插块式螺栓剪力连接件的荷载-滑移曲线呈现出预期的明显二次刚度特性,具有良好的剪切滑移延性; 破坏模式为预设的缩颈杆段区段内的螺栓发生剪断,而此时预制混凝土板和钢梁无明显损伤; 增大螺栓直径可以显著提高连接件的抗剪承载力和抗剪刚度; 增加缩颈杆段长度可以提高连接件延性变形能力,但会降低连接件屈服抗剪承载力和抗剪刚度,对极限抗剪承载力则无显著影响; 相比于普通混凝土和高强砂浆,使用超高性能混凝土作为插块材料使得插块式螺栓剪力连接件的抗剪承载力和抗剪刚度均得到了提高; 插块尺寸对连接件力学性能没有明显影响,但螺栓缩颈杆段和混凝土板预留孔孔壁之间应确保螺栓有足够的剪切滑移变形空间。     

钢-混凝土组合梁栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

为了探究钢-混凝土组合梁栓钉剪力连接件构造参数对其抗剪承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了数值分析模型,获得了荷载-滑移曲线,并与经验公式计算比较,二者吻合较好;通过改变结构的混凝土强度等级、栓钉直径、栓钉屈服强度和栓钉长度等构造参数,分析了栓钉抗剪承载力的变化规律。结果表明:栓钉剪力连接件的抗剪承载力随着混凝土强度等级、栓钉直径、栓钉屈服强度的增大而提高。     

焊钉连接件时变抗剪性能的试验研究

对于无支架施工的长跨连续组合梁,在施工期间进行分阶段浇筑混凝土时,需考虑不同混凝土龄期的组合梁结合面上连接件的早期组合作用。为此,进行了混凝土不同龄期下焊钉连接件的推出试验,分析了焊钉连接件极限抗剪强度、极限滑移、设计抗剪强度和剪切刚度随时间的变化规律,并给出了相应的时变计算公式。研究发现,混凝土龄期小于3 d时推出试件主要为混凝土板劈裂破坏;在不同混凝土龄期时推出试件的剪力-滑移规律基本相同,但抗剪强度和刚度均随混凝土龄期的增长而增大,且早期增长较快,后期较慢,说明组合梁结合面的早期组合效应不能忽略。     

钢-混凝土可拆卸螺栓连接件受剪性能研究

为快速地维修和更换钢-混凝土组合桥梁的混凝土板,提出了可拆卸组合梁螺栓连接件,即锥形铸铁螺栓连接件(tapered iron bolt connector,TIBC)。通过两组推出试验对TIBC的受剪性能进行研究,分析结果表明:TIBC的破坏形式大多以下部高强螺栓剪坏为主,故破坏后仅需更换下部高强螺栓即可;由于锥形铸铁块的存在,TIBC的周边混凝土可以承受较大局部荷载;TIBC的剪切强度为下部高强螺栓抗拉强度的75%,可按栓钉承载力公式进行结构设计;相同强度和直径下,TIBC的初始刚度较普通螺栓连接件明显提高,且初始刚度离散性较小;下部高强螺栓直径为16 mm的试件比直径为12 mm的试件滑移性能好。