Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

栓钉连接对预制UHPC-现浇普通混凝土抗剪性能影响

为研究栓钉连接件对预制UHPC-现浇普通混凝土组合试件界面抗剪性能的影响,文中对光滑界面和不同栓钉连接件长度界面的组合试件进行双面剪切试验,记录加载过程中的剪切荷载与界面滑移,通过剪切荷载-滑移曲线分析栓钉连接件长度对组合试件抗剪性能的影响。研究结果表明,栓钉连接件显著提高预制UHPC-现浇普通混凝土组合试件界面抗剪强度。其中20mm栓钉露出长度界面的组合试件界面抗剪强度与抗剪刚度均最大,抗剪强度达到光滑界面的4.16倍。栓钉连接件组合试件表现为延性破坏。随着界面栓钉露出长度的增加,组合试件的界面抗剪强度与刚度均先上升再下降。为使用UHPC免拆模板进行界面处理提供参考。     

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。     

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。     

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。     

钢-混凝土组合梁栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

为了探究钢-混凝土组合梁栓钉剪力连接件构造参数对其抗剪承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了数值分析模型,获得了荷载-滑移曲线,并与经验公式计算比较,二者吻合较好;通过改变结构的混凝土强度等级、栓钉直径、栓钉屈服强度和栓钉长度等构造参数,分析了栓钉抗剪承载力的变化规律。结果表明:栓钉剪力连接件的抗剪承载力随着混凝土强度等级、栓钉直径、栓钉屈服强度的增大而提高。     

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。     

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。     

竹-混凝土剪力连接件荷载-滑移性能比较研究

为研究竹-混凝土剪力连接件力学行为,对3组6个竹-混凝土剪力连接件进行了静载试验,连接件的类型分别为栓钉型、凹槽型和凹槽-栓钉型。研究结果表明:栓钉型剪力连接件的破坏模式属于延性破坏,而凹槽型和凹槽-栓钉型剪力连接件破坏模式属于脆性破坏,栓钉型剪力连接件的荷载-滑移曲线存在完全塑性阶段,极限位移大,延性系数大,承载力低;凹槽-栓钉型和凹槽-栓钉型剪力连接件初期基本无滑移,承载力高,延性系数小,滑移变形能力差。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

π形开孔板连接件受剪性能试验研究

高性能组合结构中抗剪连接件的研究受到广泛关注,通过6组10个π形开孔板抗剪连接件试件在单调及重复荷载作用下的推出试验,研究其破坏模态、荷载-滑移曲线以及应力发展规律等.分析了贯穿钢筋、腹板间距、翼缘板的布置方向、连接件数量以及加载方式对π形开孔板连接件初始刚度和受剪承载力等力学性能的影响.结果表明:π形开孔板抗剪连接件...     

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％.     

钢-高性能混凝土组合梁栓钉连接件抗剪性能的试验

基于10个栓钉连接件在单调荷载下的推出试验,对高性能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,重点分析了混凝土类型、栓钉直径等参数对栓钉抗剪性能的影响。结果表明:栓钉在高性能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;栓钉在高性能混凝土和普通混凝土中均出现了明显的刚度退化特性,且二者的退化程度相当;栓钉焊接不宜采用普通围焊工艺。最后,在试验的基础上,初步提出了高性能混凝土中栓钉抗剪承载力的设计建议。     

含UHPC薄层的新型栓钉组合剪力键抗拔性能试验研究

基于超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称为UHPC)良好的受力性能，提出了一种由钢板-UHPC薄层-普通混凝土叠合而成的新型栓钉组合剪力键，用于增强基础环式风力机基础中基础环与混凝土间的界面抗拔能力。通过对1：3缩尺模型进行了3组共9个静力拔出试验，研究了UHPC薄层厚度对新型栓钉组合剪力键的荷载-滑移曲线、破坏形态及极限承载能力的影响。结果表明，整个受力过程可经历4个阶段，即界面间摩擦传力弹性阶段、栓钉受剪弹性和弹塑性阶段、混凝土受拉破坏阶段。UHPC薄层的加入，栓钉不仅在钢板与UHPC薄层界面(简称第一界面)即栓钉根部出现了塑性，同时在UHPC薄层-普通混凝土交界面(简称第二界面)上亦出现了明显的塑性，使得新型栓钉组合剪力键抗剪刚度及承载力均较普通栓钉剪力键有显著提高。同时栓钉根部剪应力峰值明显降低，有效提高了剪力键的抗拔性能。基于试验结果，提出了基于双界面栓钉屈服的新型栓钉组合剪力键抗拔承载力计算公式。对比结果表明，该公式能较好反映UHPC薄层厚度对承载力的贡献。     

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。