改进的新型全装配式组合梁抗剪连接件试验研究

该文主要研究一种改进的新型全装配式组合梁结构,主要包括:全预制混凝土楼板、TJ型紧固件(抗剪连接件)、C型钢导槽、钢梁,其具有无现场湿作业,安装制作精度要求低,可局部更换、循环使用等优点。为研究此新型组合梁连接件的抗剪性能,在考虑钢导槽间距、紧固件预紧力、紧固件类型等因素的基础上,设计制作了6组试件,共12次推出试验。根据螺杆顶帽的不同,紧固件类别分为A、B两类,A类紧固件的螺杆端部万向铰为工厂加工成型,B类紧固件的螺杆端部万向铰为德国产的标准件(直接拧入螺杆端部即可,无需加工螺杆端部)。在试验参数的基础上,建立了紧固件和新型组合梁的有限元模型进行对比分析。结果表明:A类各试件表现出良好的残余强度稳定性,B类试件的荷载滑移曲线较A类曲线更为光滑,具有明显的强度下降段;组合梁连接件拆卸后重新安装不会导致抗剪性能的降低;组合梁连接件受力后不拆卸并复拧(再次施加扭矩)后抗剪性能有所提升;300 mm钢导槽间距试件的抗剪性能明显优于450 mm与600 mm;该文提出的紧固件预紧力计算公式与试验和有限元模拟结果吻合较好,建立的有限元模型能够较好地模拟紧固件的抗剪性能。     

新型全装配钢-混凝土组合梁连接件推出试验研究

该文主要研究一种新型全装配钢-混凝土组合梁,由预制楼板和钢梁通过新型抗剪连接件（以下简称“紧固件”）组合为一体,紧固件固定于预制楼板的钢导槽上,预制混凝土楼板和钢梁界面的荷载传递主要通过紧固件和钢导槽之间的摩擦来实现。为了更好地研究紧固件和钢导槽的性能,对3组试件进行推出试验,研究了不同钢导槽形式、循环加载及紧固件数量对抗剪性能的影响。试验结果表明:紧固件和钢导槽都表现出较好的性能,试件的荷载-滑移曲线可分为3段;钢导槽截面高度较小时约束作用明显;循环加载可提升紧固件的抗剪承载力和刚度;该文推导的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合较好。     

开孔板连接件抗剪承载力试验研究

为建立组合结构桥梁使用的开孔板连接件抗剪承载力计算方法,对连接件的推出式和插入式两种抗剪试验方式进行比较;并以开孔孔径、混凝土抗压强度、孔中有无钢筋、孔中钢筋直径及屈服强度、开孔板厚度及高度、混凝土块厚度等为变化参数,进行了66个开孔板连接件模型试件的抗剪承载性能试验;基于国内外168个模型试验提出了开孔板连接件抗剪承载力的计算式。研究结果表明:该计算式包含孔中混凝土作用和孔中钢筋及其对混凝土约束的作用,物理意义明确;可适用于孔中钢筋有无、孔径35mm~90mm、混凝土强度等级C20~C70、孔中钢筋直径10mm~25mm及屈服强度295MPa~480MPa的开孔板连接件,适用范围较广。     

含屈曲约束连接件的钢框架节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

基于屈曲约束和损伤控制的思想,提出了一种含屈曲约束连接件的钢框架节点,连接件的一对核心板传递翼缘轴力并平衡梁端弯矩,对核心板设置了由约束板、填充板和梁外伸翼缘组成的屈曲约束系统。对有无设置约束板的两个试件进行了低周往复荷载试验,分析了节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散和应变分布,考察了约束板对节点滞回性能的影响;采用有限元软件ABAQUS对该节点进行了数值模拟,研究了核心板螺栓和厚度对该节点滞回性能的影响。结果表明:提出的节点可以达到预期的屈曲约束和损伤控制机制,即核心板率先屈服耗能,约束板可防止核心板发生过大的面外屈曲,主体梁柱保持弹性,节点具有稳定的滞回性能和较大的变形能力;核心板上螺栓预紧力决定了核心板是否会滑移,进而影响滞回曲线的饱满程度,核心板厚度主要影响节点刚度、承载力和损伤分布。最后,理论推导了节点的承载力和变形计算公式,给出了节点理论骨架曲线。     

钢-混凝土组合简支梁滞回性能非线性有限元分析

为实现钢-混凝土组合简支梁滞回性能三维非线性有限元分析,该文提出混凝土在单轴拉、压应力下的损伤变量计算方法,给定了混凝土的卸载规则,完善并提出混凝土应力-应变滞回本构关系和钢材循环本构关系,应用ABAQUS有限元软件建立混凝土棱柱体试件、钢材试件和钢-混凝土组合简支梁有限元三维非线性有限元模型,对混凝土棱柱体试件在单轴受压和受拉反复荷载下的试验结果进行分析,对钢材试件在单轴拉压循环荷载下的试验结果进行分析,对钢-混凝土组合简支梁在循环荷载下的荷载-挠度滞回关系、梁端荷载-滑移滞回关系以及栓钉的荷载-侧向变形滞回关系曲线等试验结果进行分析,计算结果与试验结果符合较好。     

波形钢腹板组合箱梁带栓钉埋入式抗剪连接件承载力推出试验及有限元模拟分析研究

针对一座波形钢腹板组合箱梁部分斜拉桥的受力需求,设计了带栓钉埋入式抗剪连接件。为研究其抗剪承载力,设计并开展了推出试验并进行了试验全过程的有限元模拟,对试验过程中试件的破坏及受力机理进行分析;随后根据该类型连接件的承载机理及受力特点,建立了承载力的近似计算方法。结果发现:对于该带栓钉埋入式抗剪连接件,当栓钉焊接在连接件波形板的直板外侧时,其承载力高于在内侧焊接的情形;当开孔位置位于直板、上折板与下折板时,其承载力依次降低;连接件波形板的上折板荷载-位移曲线存在明显的强化阶段,而下折板几乎不存在强化阶段,直板处荷载-位移曲线特征介于二者之间;另外,该类连接件混凝土开裂及主裂缝均在荷载水平达到0.8倍极限承载力以后形成发展的。所建立的推出试验全过程有限元模拟方法能够准确模拟试验过程中试件的受力行为,并能够诠释栓钉焊接位置、开孔位置对抗剪承载力的影响以及试件破坏机理;基于推出试验与有限元模拟分析,分析可得该类连接件承载力主要由波形板包裹的混凝土与约束钢筋所形成的块连接件、开孔内混凝土剪力销以及栓钉提供,随之建立的抗剪承载力近似计算方法分析结果与试验结果相对误差不超过8.93%,与有限元模拟结果相对误差不超过5.47%,具有良好的适用性。     

装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱连接节点抗震性能试验研究

提出了一种新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点形式,在低周反复水平荷载作用下,进行了6个装配式预应力中间节点试件和1个现浇节点试件的对比试验,得到了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力等抗震指标,确定了该新型装配式梁-柱连接节点的抗震性能。试验结果表明,新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点试件均实现了"强柱弱梁"的设计目标。试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好,研究成果可为预制装配式框架在地震区的推广应用提供理论依据和技术支持。     

肋板间距对开孔板连接件抗剪刚度影响分析

为探讨开孔板连接件肋板间距合理的布置方法,通过模型试件抗剪推出试验和弹性地基梁理论,分析了肋板间距对开孔板连接件抗剪刚度的影响机理,提出了考虑肋板间距影响的开孔板连接件抗剪刚度计算公式。研究表明:肋板间距对开孔板连接件抗剪承载力及峰值滑移量影响较小,对开孔板连接件抗剪刚度影响较大;抗剪刚度随着肋板间距增加近似线性增大,逐渐趋近于单块开孔板连接件受力的抗剪刚度;肋板间距与开孔板孔径的比值为开孔板连接件抗剪刚度的主要影响因素,建议并列焊接多个开孔板连接件时距径比不宜小于3.3。     

焊钉连接件抗剪刚度计算方法研究

为建立组合结构桥梁常用的焊钉连接件抗剪刚度计算方法,通过共计40个焊钉抗剪承载性能模型试验,分析了焊钉在混凝土中的变形特点和受力机理,建立了焊钉连接件抗剪刚度计算式。研究结果表明:以剪力-滑移曲线对应滑移量为0.2mm处的割线模量作为抗剪刚度,所对应的剪力约为最大剪力的45%,并近似位于剪力-滑移曲线线性与非线性分界处;抗剪刚度计算式反映了焊钉直径、弹性模量及混凝土弹性模量的影响,物理意义明确,与试验数据具有较高的吻合度。     

基于悬吊系统的钢-混凝土组合桥面系试验

新型抗拔不抗剪T型连接件（T型连接件）能有效改善组合梁负弯矩区混凝土的抗裂性能。为研究悬索桥桥面系受力状态,同时探究T型连接件对组合桥面系力学性能的影响,该文开展了钢-混凝土组合桥面系的悬吊试验研究,并建立了ANSYS有限元模型对试验结果展开分析。构件采用工字型截面,在构件北侧南侧分别设置T型连接件和栓钉。试验中采用悬吊装置将构件吊起,加载方案包括弹性工况、扭转工况及极限工况加载。研究结果表明T型连接件能有效降低混凝土拉应力。在正常使用阶段T型连接件对桥面系刚度影响较小,在屈服荷载后才会因显著的界面滑移导致刚度下降;此外T型连接件也会一定程度降低桥面系扭转刚度。T型连接件的使用会增大钢结构压应力,设计时需注意钢结构的防屈曲设计。为充分释放钢-混凝土界面剪力,T型连接件在设计时塑料泡棉的厚度应满足正常使用阶段界面最大滑移量的要求。此外,试验结果也体现出悬索桥桥面系与连续梁受力状态的差异。该文研究成果能为T型连接件的后续理论分析及工程应用提供支撑,基于悬吊系统的试验方法可为悬索桥试验研究提供借鉴。     

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL 剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL 剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC 组合箱梁桥工程背景,进行了4 个PBL 连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为:在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。     

拟静力作用下群钉连接件抗剪性能研究

为研究低周往复荷载作用下群钉连接件的劣化过程和退化机理,以栓钉直径、混凝土强度等级、加载方式为参数设计9个试件进行试验,并采用ABAQUS进行精细分析,研究群钉抗剪连接件的破坏模式、刚度退化、损伤累积、抗剪承载力及能量耗散等指标。结果表明:混凝土强度相同时,试件的抗剪承载力随栓钉直径的增加而提高,而抗剪刚度和能量耗散等指标变化不明显。对于直径较大的栓钉,各项性能指标还会出现劣化。混凝土强度增加,试件的抗剪承载力和抗剪刚度提高,耗能增加,滑移值减小。低应力循环加载时,试件较早出现损伤累积,其损伤累积速度随栓钉直径的增大而增加。高应力循环加载时,试件表现出损伤累积滞后现象,在第3个循环节开始出现损伤快速累积。群钉多层排列时,栓钉传力不均匀,靠近加载端的栓钉承担的剪力大于其他栓钉。当混凝土强度在C35和C45之间时,建议采用直径16 mm的栓钉与之搭配。     

带可更换耗能钢棒的装配式混凝土单侧屈服梁柱节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的钢筋连接器——可调组合钢筋连接套筒,并基于此组装了一套耗能连接件。对耗能连接件开展了轴向的低周往复加载试验,验证了其荷载传递的可靠性以及优异的耗能性能。将耗能连接件内置于装配式混凝土框架梁端底部,提出了一种带可更换耗能钢棒的单侧屈服梁柱节点(REDB-SYBC)。对试件开展拟静力试验研究,分析节点的损伤分布、破坏形态、滞回特性、耗能能力等抗震性能。试件滞回曲线稳定饱满无捏缩,抗震性能良好。试验结果表明:新型节点单侧屈服的变形模式减少了楼板的变形与损伤,充分发挥了梁底连接件的耗能能力,其主要损伤及破坏均发生在梁底耗能钢棒上,实现了损伤集中的设计目标以及“强柱弱梁”的抗震设计原则;利用新型连接套筒的内部空间即可实现耗能钢棒的更换,经过更换和修复后的节点各项抗震性能与初始节点基本相当。     

附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁-柱节点恢复力模型试验研究

为了研究附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的恢复力模型,设计制作了4个试件,进行了快速动力加载试验,对试件的受力过程和破坏形态进行观察和记录。基于对试件在受力过程中表现出的典型特征的研究,并考虑加载动力效应,提出了试验试件的四折线骨架曲线模型及恢复力模型,并将其与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:试件的从开始加载到最终发生破坏可分成开裂、屈服、极限、破坏4个阶段。试件从屈服阶段开始,随着加载的进行产生了明显的加载和卸载刚度退化及卸载残余变形;提出了四折线骨架曲线模型,其结果与试验结果的骨架曲线吻合度较高;并采用所提出的四折线恢复力模型计算得到了滞回曲线,将其变化趋势与试验滞回曲线的进行对比可以发现二者具有较高相似度,该模型可以较好地描述附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的滞回性能。     

新型不锈钢可拆卸螺栓连接件疲劳后剩余力学性能研究

为适应装配式组合梁的发展，研发一种新型不锈钢可拆卸螺栓连接件，并对其疲劳荷载作用下的力学性能退化规律开展研究。首先，通过文献和市场调研，充分考虑现有螺栓的优缺点，设计制作一种新型不锈钢可拆卸螺栓连接件用于装配式组合梁；其次，制作6组新型螺栓连接件的推出试件，进行静载和疲劳试验，对比静载与不同疲劳加载次数后试件的破坏形态，重点分析新型螺栓连接件在疲劳加载过程中剩余承载力、残余滑移量、抗剪刚度及延性系数的退化规律；最后，基于疲劳累积损伤理论和材料剩余强度模型，确定新型螺栓连接件在疲劳加载过程中的损伤度，进而建立新型螺栓连接件的剩余承载力计算模型。结果表明：新型螺栓连接件在静力和疲劳作用下呈现不同的变形及断面破坏特征；在疲劳荷载作用下，新型螺栓连接件的各项力学性能均呈现不可逆的退化，在该试验中试件在疲劳加载270万次后剩余承载力退化12.1%,延性系数退化67.6%,抗剪刚度退化12.9%,退化较为明显；建立的新型螺栓连接件剩余承载力计算模型计算结果与试验值吻合良好。     

基于平钢板连接件的钢-RPC组合桥面板抗剪试验研究

该文提出了采用平钢板剪力连接件连接的钢-RPC组合桥面板结构,该结构不仅能解决公路钢桥沥青铺装层的病害,还能有效地提高桥面横向刚度,有助于缓解U肋加劲处应力集中和疲劳开裂现象。为了掌握该组合结构界面抗剪性能,连接件板厚分别取10 mm和4 mm,进行了两组平钢板连接件的推出试验,试验考察了平钢板连接件厚度对抗剪破坏形态及承载力的影响。结果表明:平钢板厚度较小时,表现为平钢板连接件根部受拉屈服;厚度较大时表现为连接件附近混凝土被压碎,工作机理类似于型钢连接件。10 mm板厚连接件相比4 mm板厚抗剪承载力提高了43.6%,抗剪刚度提高了35%,同时延性略有下降,但两组试件的延性系数均大于3.5。最后给出了平钢板连接件的抗剪承载力简化计算公式,计算结果相比试验结果偏于安全,可供设计参考。     

装配式钢-混凝土组合梁高强螺栓剪力连接件力学模型

剪力连接件是装配式钢-混凝土组合梁的关键部件,其荷载-滑移曲线大致分为四个阶段,即滑移前摩擦阶段、滑移阶段、滑移后弹性阶段、滑移后塑性阶段。该文通过弹性地基梁理论和材料力学平面应力理论,建立了高强螺栓剪力连接件的受力模型,对前三个阶段的受力行为进行了理论解析分析,并通过多组试验数据对理论结果进行了验证,二者吻合良好。研究表明：剪力连接件在整个受力过程同时受弯矩、剪力和轴力的耦合作用,该文提出的力学模型能较为准确的模拟螺栓弹性阶段的极限值,能初步解释螺栓在弹性段抗剪性能随预拉力变化的原因;并得出了螺栓弹性段弯矩对其屈服极限影响有限的结论。     

钢-UHPC组合板栓钉抗剪承载力、滑移与刚度计算

钢-Ultra-high performance concrete (UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用,栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能,开展了6个栓钉抗剪推出试验,收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移预测模型和10种抗剪刚度计算方法,根据试验结果分别进行计算分析。试验结果表明:所有试件中的栓钉均表现为焊缝与根部交界处剪断,UHPC板除在栓钉根部位置出现局部破损外,基本保持完好;栓钉的抗剪滑移曲线经历弹性、弹塑性和下降3个阶段;所有试件最大滑移量均小于3.5 mm,可取0.1 mm作为弹性极限滑移量。计算结果表明:现有部分规范计算UHPC中栓钉抗剪承载力时不考虑焊缝影响,计算结果偏低,根据该文2组试验数据和收集29组有效数据,提出考虑焊缝影响的计算式,建议UHPC中栓钉焊缝贡献系数取1.1;不同抗剪滑移模型预测结果差异大,建议采用反比例函数形式的模型预测,较为精确;栓钉的抗剪刚度取值由于未考虑栓钉实际处于受力状态,计算结果差异大,建议取滑移量0.1 mm对应的刚度作为弹性抗剪刚度;建立了栓钉抗剪滑移模型与抗剪刚度的关系式,在缺少试验数据时可为近似计算提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型研究

为建立锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型,本文通过对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度的各试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件抗震性能的影响。根据试验成果,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑钢筋锈蚀后引起结构截面几何损伤、钢筋和混凝土力学性能降低、粘结滑移性能劣化以及结构刚度退化等各种耐久性损伤因素,并考虑箍筋锈蚀引起结构延性的影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法。通过与试验进行对比分析表明模型描绘的骨架曲线和滞回曲线与试验结果总体吻合较好,所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。