带栓钉连接件型钢混凝土剪力传递性能研究

通过15个带栓钉连接件的型钢混凝土短柱在单调荷载下的推出试验及1个自然黏结试件的对比试验,研究带栓钉连接件型钢混凝土短柱的破坏形态、裂缝模式、荷载-滑移特性、型钢应变分布、剪力传递承载力等。试验结果表明:带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的破坏以混凝土劈裂为主,劈裂裂缝出现的方位与栓钉的布置位置有关。典型试件的荷载-滑移曲线大致可分为5个阶段,分别为无滑移段、滑移段、破坏段、荷载下降段及残余段。由于栓钉剪切变形的影响,栓钉根部混凝土受局部承压作用,混凝土与型钢表面原有的自然黏结将受到损坏,近栓钉位置的型钢应变产生突变,应变分布表现出与自然黏结试件不一样的特征。在其他条件基本相同的情况下,型钢腹板布置栓钉的试件,其极限荷载和残余荷载比型钢翼缘布置栓钉的试件高,与极限荷载相对应的端部滑移比型钢翼缘布置栓钉的试件大。根据试件的受力机理和力的扩散原则,提出了带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的承载力计算公式及防止栓钉外侧混凝土劈裂破坏的构造措施,公式计算结果与试验结果总体相符且偏于安全。     

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。     

冻融循环后带栓钉连接件型钢混凝土界面剪力传递性能研究

带栓钉连接件型钢与混凝土的黏结主要通过化学胶着力、界面摩擦力以及机械咬合力共同作用实现,冻融循环作用将削弱界面的黏结性能.通过将静水压理论有机的融入混凝土冻融循环破坏过程,结合混凝土界面力学、黏着摩擦理论,分析冻融循环作用对两者界面黏结性能破坏的作用机理.结果表明:型钢混凝土受冻时界面产生的静水压力是胶着力、摩擦力破坏的主因,混凝土受冻胀裂导致栓钉抗剪承载能力下降,使冻融后两者界面的黏结强度迅速降低.基于常温下带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的相关计算,提出了冻融循后带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的承载能力计算式,计算式计算成果偏于安全.     

栓钉剪力连接件的承载能力研究综述

简要介绍剪力连接件的国内外研究现状,列出剪力连接件的各种不同形式,并简单介绍试验研究情况,分析破坏机理和影响承载力的不同因素。主要比较各国规范采用的栓钉承载力和疲劳承载力计算拟合公式,并介绍防止连接件破坏的构造要求。     

栓钉剪力连接件滑移性能试验研究及受剪承载力计算

根据3组栓钉剪力连接件推出试验,研究栓钉直径和栓钉屈服强度对试件受剪承载力的影响。应用ABAQUS有限元分析软件对栓钉剪力连接件进行精细三维实体有限元分析,栓钉、钢梁和混凝土均采用C3D8R单元,计算结果与试验结果符合较好。基于有限元法进行参数分析,研究栓钉直径、数量、长径比、屈服强度、混凝土强度和横向配筋率等对栓钉剪力连接件荷载-滑移性能的影响,有限元计算结果表明,栓钉受剪承载力随着栓钉直径、屈服强度和混凝土强度的增大而提高。提出了考虑栓钉直径、屈服强度和混凝土强度影响的单个栓钉受剪承载力计算式和荷载-滑移关系计算方法,计算结果与文中试验结果和收集到的81组栓钉剪力连接件有效试验结果进行对比,吻合较好。建议的受剪承载力计算式与现行规范建议公式进行比较,建议的计算式具有较高的精度。荷载-滑移曲线实用计算方法与Ollgaard提出的计算方法比较表明建议计算方法具有较广泛的适用性。     

低温下栓钉连接件的抗剪性能试验研究

为了研究低温下栓钉连接件的抗剪承载力,通过15个栓钉连接件在低温下的推出试验,对栓钉连接件在低温下的破坏形态、荷载-位移曲线、抗剪承载力和抗剪刚度进行了研究。结果表明:低温下栓钉连接件的破坏形式会由混凝土破坏转变为栓钉剪断破坏;随着温度降低,栓钉的抗剪承载力近似呈线性提高,但塑性及延性变差;栓钉的抗剪刚度随温度降低而提高,且直径越大,提升幅度越小。     

单调荷载下栓钉连接件受剪性能试验研究

栓钉是钢-混凝土组合梁中常用的柔性受剪连接件。通过18个栓钉受剪试件在单调荷载下的推出试验,较系统地研究了混凝土强度等级、栓钉直径以及钢梁类型等参数对栓钉的破坏形态、破坏机理、荷载-滑移规律和极限受剪承载力的影响。研究表明:栓钉的受剪承载力随着混凝土强度等级的提高以及栓钉直径的增大而增加;轧制工字钢试件中栓钉的受剪承载力比焊接工字钢试件中的高10%~30%。在试验的基础上提出了栓钉受剪承载力的计算方法。     

栓钉连接件锈蚀后静力性能和抗疲劳性能的试验研究

通过15个标准试件的推出试验,研究栓钉连接件锈蚀后抗剪承载力、变形能力和疲劳寿命的变化规律。按照锈蚀位置和锈蚀量的不同将试件分组,首先采用电化学快速锈蚀试验的方法模拟可能的锈蚀情形,然后对锈蚀后的试件进行静力试验和疲劳试验。通过与无锈蚀栓钉的试验结果对比,分析锈蚀特性参数变化对试件静力工作性能的影响。并用参数拟合的方法建立两类锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力和荷载-滑移性能的计算模型。模型分析结果表明,Ⅰ类锈蚀使栓钉极限承载力下降很多,最大达到18%;Ⅱ类锈蚀对承载力影响不大,但对试件的变形影响较大。疲劳试验结果表明,栓钉锈蚀后其疲劳寿命会有一个明显的下降,当栓钉锈蚀率达到20%左右时,其疲劳寿命下降高达40%。     

带栓钉型钢混凝土组合构件受力性能及承载力计算方法研究

采用位移控制的加载方法对7个设置栓钉的型钢混凝土组合构件和1个未设置栓钉的对比试件进行推出试验。以栓钉直径、栓钉设置位置以及混凝土强度等为变化参数,研究型钢混凝土组合构件的破坏形态、黏结性能和极限受剪承载力。试验结果表明:栓钉受剪承载力随栓钉直径的增大、混凝土强度的提高而提高;腹板设置栓钉的试件抗剪性能优于翼缘的;翼缘和腹板均设置栓钉的试件承载性能最好,且能有效地限制滑移向自由端发展。分别对国内外不同技术标准建议的栓钉受剪承载力计算式进行分析比较,指出不同设计方法的合理应用范围。最后,在分析试验结果基础上提出型钢非埋入式栓钉受剪承载力的计算方法。     

极地低温下栓钉连接件受剪性能试验研究及有限元分析

为研究栓钉连接件在极地低温下的受剪性能,利用复叠式低温冷库、自制保温装置和电液伺服压力试验机对12个栓钉连接试件进行了推出试验,同时采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究了温度、栓钉直径对低温下栓钉连接件受剪性能的影响。通过试验和有限元分析得到了试件破坏模式、荷载-滑移曲线、栓钉受剪承载力及极限滑移量,结果表明:试件在低温下出现栓钉剪断和栓钉剪断-混凝土压坏混合破坏两种破坏形式;在20～-80℃范围内,随着温度的降低,栓钉受剪承载力增大而极限滑移量减小,在-60～-80℃范围内,温度变化对栓钉连接件受剪性能的影响较小;在极地低温下,随着栓钉直径增大,栓钉连接件的受剪承载力和极限滑移量增加。采用ABAQUS软件考虑低温本构的有限元分析结果与试验结果吻合程度较高,通过试验结果拟合出的荷载-滑移曲线效果良好。     

Study on the interfacial shear behavior of steel reinforced concrete (SRC) members with stud connectors after fire

Statically push-out tests of 20 steel reinforced concrete short columns (SRCSC) with stud connectors on the surface of shape steel after fire and two SRCSC under ambient temperature were carried out, in order to study the failure mode, load-slip relationship and the interfacial shear transfer of SRC members after fire. Experimental results show that the typical failure modes and load-slip curves of SRCSC after fire are almost the same as the case under ambient temperature. The interfacial shear transfer of SRCSC declines exponentially not only with the increase of the peak temperature the specimen experienced but also with the increase of the peak temperature duration. The interfacial shear transfer of the specimens with studs arranged at the steel web is much higher than those with studs arranged at the steel flange. Empirical formulas of SRCSC interfacial shear transfer after fire are proposed, and the calculated results generally agree well with the experimental results.     

高温下钢筋桁架楼承板中栓钉抗剪性能研究

对15个试件进行常温和高温下推出试验,研究钢筋桁架楼承板中栓钉的抗剪性能,得到混凝土楼板和栓钉不同位置处的温度分布以及栓钉受剪承载力随温度的退化规律。试验结果表明,钢筋桁架楼承板中栓钉在常温和高温下的破坏均为栓钉剪断破坏,栓钉根部混凝土局部压碎,但是与平板混凝土板中栓钉的破坏位置不同,所研究的栓钉剪断破坏的位置在钢梁上翼缘处,而不是在栓钉根部焊缝处,这也在很大程度上导致了钢筋桁架楼承板中栓钉受剪承载力比平板混凝土板中栓钉低。钢筋桁架楼承板中栓钉的受剪承载力和刚度均随温度的升高而降低。通过对试验数据的分析,提出了钢筋桁架楼承板中栓钉高温下受剪承载力和荷载-滑移曲线的计算方法。     

钢纤维混凝土焊钉-橡胶连接件受剪承载力试验研究

为建立钢-混凝土组合结构桥梁使用的钢纤维混凝土(SFRC)焊钉-橡胶连接件受剪承载力设计计算方法,设计并制作了18组54个SFRC焊钉-橡胶连接件,通过单调加载与循环加载推出试验,研究了混凝土强度、焊钉直径、钢纤维体积掺量、橡胶套筒高度及厚度、加载模式等对其受剪承载力的影响规律.基于准牛顿法进行非线性拟合,提出了SFR...     

H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪性能试验研究

通过13个在单调荷载作用下H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的推出试验,对其破坏形态、荷载-滑移特性和纵向剪力传递性能进行了研究,分析了栓钉数量、栓钉直径、栓钉布置方式、型钢翼缘宽度、腹部混凝土箍筋布置方式及加载方式等对受剪承载力的影响。试验结果表明：H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的主要破坏形态为外包混凝土劈裂破坏和栓钉剪断破坏;典型的荷载-滑移曲线可分为3个特征阶段,分别为无滑移阶段、荷载上升段及荷载下降段;腹部栓钉有效地提高了部分外包混凝土组合构件的纵向受剪承载力,且受剪承载力随栓钉直径的增大和栓钉数量的增加而增大;腹部栓钉纵向布置优于横向布置,栓钉纵向偏心布置对受剪承载力影响较小;宽翼缘型钢能更好地约束腹部混凝土,提高其受剪承载力;腹部箍筋不同布置方式对极限荷载的影响较小;通过分析构件的受力机理和纵向剪力传递模式,提出了H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪承载力算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

栓钉连接件时变受剪承载力对组合梁施工阶段受力性能的影响

为了对钢-混凝土组合梁施工阶段的受力性能进行准确分析,针对我国常用的隔板式组合梁,通过推出试验研究栓钉连接件受剪承载力随混凝土龄期的变化规律,采用ANSYS有限元分析软件分析栓钉连接件时变受剪承载力对某连续曲线组合梁施工阶段受力性能的影响。分析结果表明：在混凝土龄期很短时栓钉连接件就具有一定的受剪承载力和抗剪刚度,且早期增长快,后期增长慢;混凝土板分段浇筑时组合梁的应力和变形随浇筑时间间隔的增加逐渐减小,在本文实例中,与不考虑浇筑过程中混凝土与钢梁的组合作用时相比,浇筑时间间隔为6 h的组合梁径向变形减小26.5%;与考虑28 d龄期混凝土与钢梁的组合作用时相比,浇筑时间间隔为3 d的组合梁切向应力增大14.2%。因此,当组合梁混凝土板浇筑时间间隔在6 h至3 d之内时,均应采用栓钉连接件的时变受剪承载力来分析浇筑过程中混凝土与钢梁的时变组合作用对组合梁施工阶段受力性能的影响。