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.     

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.     

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。     

拔出破坏的钢混组合结构栓钉连接件承载力的分析方法

当栓钉长径比较小时,栓钉连接件容易发生拔出破坏,目前这种非材料破坏的失效形式的承载力主要通过试验确定。为了扩大有限元方法的应用,提出在有限元分析中以栓钉端头处的混凝土压应变为控制变量判断栓钉是否发生拔出破坏的分析方法,并确定其承载力。首先,采用ABAQUS软件建立标准推出试验的有限元模型,并将有限元计算值与文献实测值和规范计算值进行对比,其结果表明误差均在10%以内,验证了有限元模型的正确性。然后,结合提出的考虑栓钉拔出破坏的分析方法分析了栓钉的长度和直径对承载力的影响。最后,给出了栓钉拔出破坏的承载力计算公式。结果表明:栓钉与混凝土之间的绑定约束是面面接触方式的刚度的上限;混凝土强度越低越容易发生拔出破坏,规范中规定的栓钉长径比大于4以防止拔出破坏是偏于不安全的;由栓钉直径的增大而引起的连接件承载力的提高程度不受混凝土强度的影响,当栓钉直径在10～22 mm范围内以3 mm的增量增大时,承载力提高约42%、31%和35%;当栓钉直径大于16 mm时,《钢结构设计规范》计算的承载力值偏大,建议按Eurocode4规范进行设计;提出的栓钉拔出破坏的判断方法和承载力计算公式经规范计算值验证是合理可行的。     

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.     

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.     

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.     

采用装配式栓钉的钢-UHPC组合板的抗弯性能

为提高钢-UHPC组合结构的延性,本文提出一种采用装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板。设计并完成了不同抗剪连接程度的组合板的抗弯性能试验,分析了组合板试件破坏形态、极限承载力、刚度、裂缝发展规律和板端滑移,并与采用焊接栓钉的钢-UHPC组合板进行了对比分析,讨论了组合板试件的可拆卸性,最后对其极限抗弯承载力和抗弯刚度进行了理论分析并推导了计算公式。结果表明：装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板破坏模式为纵向水平剪切黏结破坏;降低栓钉间距能提高组合板的协同变形能力,从而提高组合板结构的极限承载力、弹塑性阶段的刚度和裂缝控制能力;与采用焊接栓钉连接的钢-UHPC组合板对比,其在发生较大变形的情况下钢板和UHPC板仍然可较容易地拆卸分离;推导了装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板的极限承载力计算方法和抗弯刚度计算公式,提出了抗弯刚度计算时应对UHPC板高度进行折减,折减系数(β_U)在正常使用阶段建议为0.85,理论计算结果与试验结果吻合良好。本文研究成果可为采用装配式栓钉的钢-UHPC组合板的设计和应用提供理论依据。     

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．     

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.     

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。     

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

     

双钢板-再生混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析

为研究双钢板-再生混凝土组合剪力墙的抗震性能,在已有试验的基础上,使用有限元软件ABAQUS进行模型验证和分析,研究内容包括再生粗骨料取代率、距厚比、轴压比以及连接件形式.结果表明:(1)随再生粗骨料取代率的增加,试件抗弯承载力、抗剪承载力、初始抗侧刚度均出现不同程度的劣化;(2)当轴压比为0～0.5时,试件承载力随轴...     

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。     

基于神经网络的组合梁栓钉连接件抗剪强度预测

探讨了用神经网络模型来预测组合梁中栓钉连接件剪强度的可行性。应用神经网络的ＢＰ模型，选择混凝土的抗压强度和弹性模量，栓钉的极限抗拉强度，栓钉的直径和长度作为关键的影响因素，提出了基于神经网络理论的栓钉连接剪强度的预测方法。分析结果表明，神经网络方法比其他的经验计算方法更接近试验结果。     

组合梁栓钉连接件的抗剪性能分析

文章介绍了常见的剪力连接件,着重分析了栓钉连接件的优点、滑移性能,并通过比较加拿大规范与我国规范中关于组合梁栓钉连接件设计方法之间的不同,指出我国规范计算相对保守。     

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。