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。     

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.     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁抗剪性能试验研究

摘 要：通过对集中荷载作用下的腹板开洞钢-混凝土组合梁进行试验,研究在负弯矩作用下腹板开洞组合梁的抗剪力学性能。试验结果表明：负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力降低很大,洞口区域截面不再符合平截面假定;破坏形式为洞口区混凝土板的剪切破坏,同时洞口区的部分栓钉连接件出现了拔脱现象;另外,通过增加混凝土翼板厚度可以提高负弯矩区腹板开洞组合梁的承载力,增加纵向钢筋配筋率可以提高其变形能力。研究为负弯矩区腹板开洞组合梁的有限元分析和实际应用提供了试验数据。     

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.     

钢─混凝土组合梁连接件的综合评述

论述钢一混凝土组合梁连接件的发展简史、常见形式和受力特点．重点介绍国内外普遍采用的栓钉连接件的受力特点、试验方法以及设计中应注意的问题．     

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。     

钢——混凝土组合连接件的综合评述

论述钢－混凝土组合梁连接件的发展简史、常见形式和受力特点，重点介绍国内外普遍采用的栓钉连接件的受力特点，试验方法以及设计中应注意的问题。     

钢-压型钢板再生粗骨料混凝土组合梁受弯性能

为了解钢-压型钢板再生混凝土组合梁受弯性能,分别对5个钢-压型钢板再生粗骨料混凝土组合梁和2个钢-压型钢板普通混凝土组合梁进行重复荷载作用下的受弯试验,对比分析其受弯性能,研究抗剪栓钉布置数量与形式、板厚和型钢尺寸对再生粗骨料混凝土组合梁的承载力、挠度、破坏形态的影响.试验结果表明:钢-压型钢板再生粗骨料混凝土组合梁与普通混凝土组合梁的受弯性能相近、破坏形态相似.在试验基础上,参照现行普通混凝土组合结构设计规范,给出钢-再生粗骨料混凝土组合梁的受弯极限承载力和挠度计算方法,计算结果与试验结果比较表明,其计算误差与钢-普通混凝土组合梁相近,可用于钢-再生粗骨料混凝土组合梁设计.     

钢-混凝土组合连续梁抗弯性能

为了准确分析钢-混凝土组合梁的抗弯性能,考虑到钢-混凝土组合梁交界面处通过剪力连接件部分相互作用的特点,基于接触理论推导了一种新的复合梁单元有限元刚度方程。考虑到钢-混凝土组合梁交界面处的剪切滑移效应,在交界面上采用两种位移模式以模拟钢梁上缘和混凝土下缘的位移差。通过将计算结果与试验结果对比,表明该计算公式是合理可信的。利用复合梁单元能够有效计算在竖向荷载作用下组合梁的挠度、应变和交界面处剪切滑移应变差等指标沿梁纵向的分布,并且能直接分析栓钉对组合梁抗弯性能的影响,还可以将复合梁单元推广到变截面钢-混凝土组合梁和预应力钢-混凝土组合梁的计算中。     

新型外包钢—混凝土组合梁中栓钉应力分析

新型外包钢--混凝工组合梁强度高、延性好、便于施工,应用前景广阔.目前对这种新型外包钢一混凝土组合梁中栓钉应力研究并不是很充分,应用有限元软件对一根新型外包钢-混凝土组合梁中的栓钉的应力分布进行了模拟分析计算,为进一步研究新型外包钢一混凝土组合梁中栓钉的布置和应用提供了理论基础.     

Effect of Different Connectors on Concrete Composite Box-Girders with Corrugated Steel Webs

不同剪力连接键对波形钢腹板PC组合梁力学性能影响

逯彦秋^1,2

(1.北京首都公路发展集团有限公司, 北京 100161;

2.清华大学 土木工程系,北京 100084)

创新点说明：

首次提出并通过实验方法研究了PBL剪力连接键、栓钉剪力连接键对波形钢腹板PC组合梁极限承载力、抗弯刚度、抗裂性、预应力导入效率的影响;

研究目的：

为明确波形钢腹板PC组合梁常用的两种剪力连接键（即PBL剪力键、栓钉剪力键）对波形钢腹板组合梁极限承载力、刚度、抗裂性及预应力导入效率等力学性能的影响,从而为该类型梁设计中正确选择合适的剪力连接键提供技术支持。

研究方：

采用实验结合有限元方法

结果：

PBL剪力键在提高波形钢腹板PC组合梁的极限承载力、抗弯刚度、抗裂性等反面优于栓钉剪力键,但是在梁的预应力导入效率方面不如栓钉剪力键。

结论：

在波形钢腹板PC组合梁设计中应根据梁的不同受力特点选择不同的剪力连接键,不可主观臆断地选择剪力连接键,为该类型桥梁留下安全隐患。

关键词：栓钉; PBL剪力键;极限承载力;预应力导入效率;抗弯刚度;抗裂特性

     

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-砼组合桥梁中栓钉连接件的计算

国内已将钢砼组合梁的实践应用从建筑扩展到桥梁方面,本文就其栓钉连接件受静荷及动(疲劳)荷载的设计计算做了简要论述并附以计算实例.     

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。     

装配式T型钢空腹夹层板组合楼盖受力性能研究

为研究装配式T型钢空腹夹层板组合楼盖的受力性能,对其理论计算公式进行了推导,并利用ABAQUS有限元分析软件建立了四边简支承装配式T型钢空腹夹层板组合楼盖的有限元模型,探讨各影响因素对该组合楼盖抗弯承载力的影响程度。分析结果表明:钢板厚度和钢材强度等级的改变对组合楼盖抗弯承载力的影响十分明显,而上层浇筑混凝土板厚度的增加、混凝土强度等级的提高,及连接上层混凝土板与下部钢结构的栓钉间距的减小,对组合楼盖抗弯承载力有一定的影响。理论计算方法验证结果表明,将组合楼盖截面的整体弯矩按上、下肋构件截面的刚度进行分配,再分别按组合构件和拉弯构件进行设计计算的方法是可行的。     

型钢混凝土边框内藏开洞钢板组合剪力墙抗震性能

为研究型钢混凝土边框-开洞钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,进行了5个不同设计参数、不同构造措施剪力墙试件抗震性能比较试验研究.各试件的剪跨比均为1.5,采用低周反复荷载加载.基于试验,对比分析了各试件的承载力、刚度、延性、滞回耗能和破坏特征等.研究表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,型钢混凝土边框内藏钢板组合剪力墙承载力高、延性好、刚度退化慢、耗能能力强;适当的内藏钢板厚度可改善型钢混凝土边框内藏钢板剪力墙的抗震性能;内藏钢板厚度相同时,设拉结钢筋试件的抗震性能优于焊接栓钉的试件.基于试验提出了型钢混凝土边框内藏钢板剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测值接近.     

栓钉连接双钢板-混凝土组合剪力墙抗剪性能数值分析

双钢板-混凝土组合剪力墙结构是一种新型高层建筑抗侧力构件,具有良好的应用价值和发展前景。根据其他学者的试验结果,结合相关文献中连接件的剪切滑移公式,拟合得出抗剪栓钉的剪力-滑移关系,并通过有限元软件ANSYS建立了双钢板-混凝土组合剪力墙的有限元模型。以分析组合剪力墙的剪切性能为目的,采用相关假定简化模型并与已有试验结果对比,验证有限元模型的合理性。采用验证过的有限元模型进一步对双钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪性能进行非线性分析,研究抗剪栓钉间距、钢板厚度、混凝土板厚度、混凝土强度等级及组合剪力墙跨高比等主要参数的影响。数值结果表明,钢板、混凝土板厚度以及混凝土强度对双钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力的影响最显著,而栓钉间距会影响组合剪力墙的受剪破坏模式。     

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.     

冷弯薄壁型钢-加气混凝土组合梁的设计及分析

蒸压轻质加气混凝土板和冷弯薄壁型钢在低层民居中已经作为承重结构加以应用.笔者采用非线性有限元法,研究了这两种材料组合梁的设计方法,通过不同荷载形式下应力分布的结果对比,讨论荷载形式对有效翼缘宽度的影响.并得出了各种参数下的组合梁,在塑性极限阶段的混凝土有效翼缘宽度的取值方法,并根据有效翼缘宽度得出等效矩形应力分布高度的计算方法,建立了冷弯薄壁型钢-加气混凝土组合梁塑性极限承载力计算公式.     

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.