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。     

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。     

装配式钢筋桁架混凝土组合梁螺栓连接件抗剪性能试验研究

为了研究装配式钢筋桁架混凝土组合梁中螺栓剪力连接件的受力性能,对5组采用螺栓连接件的装配式钢筋桁架混凝土组合梁推出试件和3组对比试件进行了试验研究,分别考虑螺栓直径、埋置长细比、预留孔内混凝土强度、钢筋桁架模板等因素对螺栓抗剪承载力和破坏模式的影响。试验结果表明:预制钢筋桁架混凝土板中螺栓连接件的抗剪承载力与现浇钢筋桁架混凝土板中螺栓连接件的抗剪承载力相差不大;螺栓受剪承载力随螺栓直径的增加而增加;随螺栓埋置长细比增大而增大,随孔内混凝土强度增加而增加;钢筋桁架预制板中螺栓连接件的抗剪承载力略高于普通混凝土板中螺栓连接件的抗剪承载力。     

Experimental study on shear behavior of bolt connectors in steel-concrete composite beams

为研究螺栓抗剪连接件在钢-混凝土组合梁中的受剪性能,对24个采用螺栓连接件的钢-混凝土组合试件进行了推出试验,分析了螺栓直径、螺栓强度、螺栓埋置长细比和混凝土强度等参数对螺栓连接件的破坏模式、荷载-滑移特性和受剪承载力的影响。研究结果表明：螺栓抗剪连接件的破坏模式主要为螺栓周围混凝土受压破坏和螺栓栓杆的剪断破坏;当发生混凝土受压破坏时,增大混凝土强度、螺栓直径、螺栓埋置长细比可以提高螺栓连接件的受剪承载力;当发生螺栓的栓杆剪断破坏时,提高螺栓强度可以提高螺栓连接件的受剪承载力。在试验研究的基础上,给出了不同破坏模式下钢-混凝土组合梁螺栓连接件的受剪承载力的计算方法,建议公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

钢-混凝土组合梁螺栓连接件受剪性能试验研究

为研究螺栓抗剪连接件在钢-混凝土组合梁中的受剪性能,对24个采用螺栓连接件的钢-混凝土组合试件进行了推出试验,分析了螺栓直径、螺栓强度、螺栓埋置长细比和混凝土强度等参数对螺栓连接件的破坏模式、荷载-滑移特性和受剪承载力的影响。研究结果表明:螺栓抗剪连接件的破坏模式主要为螺栓周围混凝土受压破坏和螺栓栓杆的剪断破坏;当发生混凝土受压破坏时,增大混凝土强度、螺栓直径、螺栓埋置长细比可以提高螺栓连接件的受剪承载力;当发生螺栓的栓杆剪断破坏时,提高螺栓强度可以提高螺栓连接件的受剪承载力。在试验研究的基础上,给出了不同破坏模式下钢-混凝土组合梁螺栓连接件的受剪承载力的计算方法,建议公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

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。     

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。     

胶结-簇钉混合连接件破坏机理及承载力试验研究

为研究基于胶结-簇钉混合连接的装配式钢-混凝土组合结构的受力性能,开展了8组共16个试件的推出试验,研究了胶结-簇钉混合连接件的破坏机理、滑移性能、受力次序和抗剪承载力,探讨了栓钉间距、直径和高度对混合连接件抗剪性能的影响.试验结果表明:混合连接件破坏时试件整体性完好,呈现延性破坏;胶结层先于簇钉承担剪力,胶结层的抗剪...     

预制夹芯保温墙体棒状FRP连接件有限元模拟分析

FRP连接件是超低能耗预制夹芯保温墙体中的关键构件,其抗拔抗剪性能直接影响了预制夹芯墙体的力学性能。本研究使用ANSYS有限元模拟软件,对超低能耗预制夹芯保温墙体中FRP连接件进行抗拔及抗剪试验模拟,研究直径16 mm、18 mm、20 mm三类FRP连接件试件的力学性能。结果表明：1)FRP连接件抗拔性能较好,试件抗拔性能均满足规范要求,抗拔试验模拟的破坏形式均为混凝土板的劈裂破坏,试件破坏时FRP连接件均完好。2)FRP连接件抗剪性能较差,夹芯墙板内外叶板易出现较大竖向相对位移,抗剪承载力试验中只有当连接件直径达到20 mm时,试件抗剪承载力及内外叶墙体之间的相对位移达到规范要求。     

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％.     

方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点的抗震性能,进行了5个节点拟静力试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、混凝土强度和轴压比等因素对承载力、弯矩-转角曲线、耗能能力、承载力衰退、刚度退化、延性以及破坏模式的影响。研究结果表明：方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点均属于半刚性节点,初始转动刚度随着端板厚度和螺栓直径增大而提高,但节点的极限转动能力随着端板厚度的增大而减小;当承载力由端板或钢梁控制时,其具有良好的转动和耗能能力;试件承载力退化系数在0.8～1.0之间,变化幅度不大,刚度退化相比荷载退化严重;设计中应避免高强螺栓发生脆性破坏。     

薄钢混凝土柱穿心肋板铰接节点试验研究

提出了在薄钢-混凝土柱中设置穿心肋板,并通过螺栓与钢梁铰接连接的新型节点形式。通过11个试件的试验研究,探讨了薄壁设肋方钢管混凝土柱中穿心肋板的抗剪承载力。试验结果表明,所有试件的穿心肋板均能与柱可靠连接、合理受力,试件的破坏模式为穿心肋板受剪撕裂破坏或螺栓孔承压破坏。肋板因主要承受剪力而发生了明显的剪切变形,试件的试验屈服承载力与按Von Mises屈服准则计算的屈服承载力较一致。     

预制夹芯保温墙体棒状FRP连接件力学性能试验研究

连接件作为预制夹芯保温墙体主要受力部件,墙体内部FRP连接件的受力性能直接影响墙体的使用安全。通过对FRP连接件试件进行抗拔和抗剪试验,研究FRP连接件的力学性能。结论表明:在抗拔试验中,当试件失去承载力时,破坏形式均为混凝土出现裂缝或劈裂,连接件未从混凝土中拔出。在抗剪试验中,试件均因连接件发生层间剪切破坏而失去承载力。只有当连接件直径达到20 mm时,才能符合AC320规范规定的位移与极限承载力要求。     

高强螺栓端板连接抗拉拔性能研究

为研究高强螺栓端板连接件的抗拉拔性能,试验共设计了7个外伸端板连接件试件,并对其进行静力加载试验,其中4个试件采用高强螺栓替代传统的普通螺栓连接。试验对比分析了不同方钢管壁厚、螺栓孔间距、螺栓杆径对连接件抗拉拔承载能力的影响。结果表明:改变连接件中方钢管壁厚、螺栓孔间距和螺栓杆径均可以提高端板连接件的抗拉拔承载能力,其中改变方钢管壁厚对承载力的影响最为显著。且对于5mm和8mm方钢管壁厚试件的最终破坏失效模式不同,具体表现为随着空心方钢管壁厚的逐渐增大,失效模式由钢管连接面失效转变为螺栓断裂破坏。这些研究结果为高强螺栓端板连接件的研究和应用提供了一定的理论基础。     

轻质夹芯外墙板不同连接方式抗剪试验研究

为优化轻质夹芯外墙板与钢框架的连接方式,设计3种不同连接件并进行推出试验,分析套筒螺栓、钩头螺栓以及焊接钢板的抗剪承载力及对周围混凝土的影响区域。试验结果表明:套筒螺栓连接的试件抗剪承载力最大,钩头螺栓连接的试件抗剪承载力比套筒螺栓的稍小,焊接钢板连接的试件抗剪承载力最小;3种连接件对周围混凝土的影响区域均很小。不同连接件的抗剪试验研究结果将为后期轻质外墙板的拟静力试验设计提供依据。     

开孔板连接件受剪性能试验研究

开孔板连接件是钢-混凝土组合梁中常用的一种抗剪连接件。通过21个开孔板连接件试件在单调静力荷载作用下的推出试验,研究了开孔板的开孔直径、混凝土强度等级、孔中横向贯通钢筋的直径和数量等对开孔板连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载力等的影响。研究表明:开孔板连接件的荷载-滑移曲线(P-S曲线)大致可分为弹性阶段、塑性发展阶段和下降段;提高混凝土强度等级、增大开孔直径可提高开孔板连接件的受剪承载力,横向贯通钢筋直径由16mm增大至20mm时,试件的受剪承载力提高了21.8%,配置横向贯通钢筋2 16的试件受剪承载力比相应的未配置横向贯通钢筋的试件高19.1%;随着混凝土强度等级的提高,试件抗剪刚度增大,而开孔直径及横向贯通钢筋直径则对抗剪刚度无明显影响。最后,基于试验结果提出了开孔板连接件受剪承载力的计算方法。研究成果可为编制《钢-混凝土组合桥梁设计规范》提供依据和参考。     

蜂窝钢梁-焊接环式箍筋砼柱节点抗震受剪承载力

为研究焊接蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋砼柱连接节点的破坏特征和受力性能,进行了4个蜂窝梁贯通型接点、2个外伸式端板连接节点、2个平齐式端板连接节点的低周反复荷载试验。试验表明前三组试件为节点核心区剪切破坏,第四组试件为钢梁翼缘屈服破坏;外伸式端板的约束作用以及高强螺栓预压力的存在,使得节点域混凝土开裂较少,大大改善了节点域的抗剪能力,同时也能增大节点刚度。对节点的抗震受剪承载力进行了分析,并根据试验结果得到了节点核心区抗震受剪承载力计算公式,可供工程实际参考。     

钢-混凝土组合梁中摩擦型高强螺栓抗剪连接件的力学性能研究

为了探究钢-混凝土组合梁中摩擦型高强螺栓抗剪连接件的受剪性能,采用ABAQUS有限元软件建立了抗滑移试件和推出试件有限元模型,并通过与试验结果的对比验证了数值模拟的可靠性。试件抗滑移性能与螺栓预拉力密切相关,且在螺栓杆应力状态处于弹性工作范围时,预拉力的施加取决于混凝土的局部抗压损能力。通过数值分析研究了垫片尺寸、混凝土强度和混凝土板厚度、螺栓直径和强度等级对螺栓预拉力的影响。此外,通过对推出试件进行有限元参数化分析,研究了混凝土强度、混凝土板厚度、螺栓预拉力和螺栓直径对抗滑移强度、抗滑移刚度和极限抗剪承载力的影响。结果表明:螺栓预拉力的施加范围受混凝土强度、厚度、螺栓等级、螺栓直径和垫片尺寸的影响,且各参数之间的合理匹配可有效减小混凝土板面的损伤程度。根据推出模拟结果可知,随着混凝土强度和螺栓预拉力的增加,试件抗滑移强度和刚度显著增大,而极限抗剪承载力受螺栓预拉力的影响较小。随着混凝土强度和螺栓直径的增大,试件的极限抗剪承载力显著提高。     

采用全装配水平接缝的预制混凝土剪力墙抗震性能研究

提出一种“螺栓-钢连接件-套筒”形式的全装配预制混凝土剪力墙水平接缝方案。为研究该水平接缝的工作性能,设计了普通剪力墙和采用全装配式水平接缝的预制混凝土剪力墙,完成了低周反复静力加载试验,利用有限元方法对其进行数值模拟,分析了全装配式水平接缝方案套筒布置与搭接钢筋直径对墙片水平受剪承载力的影响。研究结果表明：普通墙和预制墙的破坏形式均为受弯破坏,极限位移角相近,分别为1/43和1/45,预制墙水平受剪承载力比普通墙稍高,延性和耗能比普通墙略差。由钢筋破坏形态和应变结果可知,套筒能有效传递钢筋内力,水平接缝为墙片提供了可靠的竖向连接,采用全装配式水平接缝方案的预制混凝土剪力墙总体抗震性能良好。数值模拟结果与试验结果基本吻合,套筒布置与搭接钢筋直径对墙片水平受剪承载力具有明显影响,优化套筒布置与搭接钢筋直径可以进一步提高全装配式墙体的水平受剪承载能力。