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。     

装配式组合梁高强螺栓连接件抗剪性能试验研究

为实现钢-混凝土组合楼盖和组合桥梁等结构的装配化,提出了一种钢梁-预制混凝土板采用高强螺栓的可拆卸装配式抗剪连接方法。以螺栓直径、孔径比(预留孔径和螺栓直径的比值)、约束条件为试验参数,设计了共14个试件,研究预制装配式高强螺栓抗剪连接件的抗剪性能。通过试验获得了预制装配式连接件的破坏模式、高强螺栓的抗剪承载力和荷载-滑移特性,同时,与现浇混凝土板推出试件的破坏模式和受力性能进行对比。试验结果表明:所有试件均发生螺栓的剪断破坏,且断裂均发生在混凝土板与钢梁的交界面上;增大孔径比能改善螺栓的抗剪性能;高强螺栓、无收缩自密实水泥基高强浇筑料(HPG)和混凝土板之间的连接是可靠的;由抗拉强度和截面面积控制的抗剪承载力计算公式可较好地预测连接件的极限承载力。     

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。     

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。     

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。     

组合结构螺栓连接件初始弹性行为研究

采用通用有限元分析软件ABAQUS对钢和混凝土组合结构摩擦型高强螺栓连接件初始弹性行为进行分析,有限元模型不考虑钢梁、混凝土板、螺栓连接件等材料非线性,并通过已有的试验结果进行验证。通过已验证的有限元模型,分析比较螺栓、钢梁和混凝土等参数变化对初始弹性刚度的影响,并对抗剪模型和剪拉模型两种工况下的不同向初始弹性行为进行分析。研究结果表明,螺栓直径、混凝土弹性模量以及螺栓预紧力对螺栓连接件的初始弹性刚度有重要影响。     

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。     

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。     

Q690高强钢-超高性能混凝土抗剪连接件疲劳性能试验研究

为了研究Q690高强度结构钢-超高性能混凝土(UHPC)组合抗剪连接件的疲劳性能,进行了3组共12个推出试件的常幅疲劳试验,考虑了栓钉直径、单钉和群钉布置形式等因素的影响。研究表明：推出试件的疲劳破坏模式均为栓钉剪切断裂;在200万次疲劳寿命下,直径13 mm单钉抗剪连接件的疲劳强度比直径19 mm单钉抗剪连接件的高42.5%,小直径栓钉比大直径栓钉抗剪连接件的疲劳强度高;直径19 mm单钉抗剪连接件的疲劳强度比直径19 mm群钉抗剪连接件的高15.0%,单钉比群钉布置形式下栓钉抗剪连接件的疲劳强度高。将试验结果与国内外已有的普通强度钢-普通混凝土、普通强度钢-UHPC抗剪连接件疲劳数据对比分析表明,Q690高强钢-UHPC抗剪连接件具有更高的疲劳强度,其中比欧洲BS EN 1994-1-1中普通强度钢-普通混凝土抗剪连接件疲劳强度高71.8%。同时,分别提出了单钉布置和群钉布置的Q690高强钢-UHPC抗剪连接件的S-N曲线,供疲劳设计参考。     

悬挑施工平台高强螺栓附墙节点抗剪性能研究

为研究悬挑支撑施工平台体系与剪力墙连接的附墙节点抗剪性能,进行4个高强螺栓附墙节点足尺试件的抗剪性能试验,分析附墙节点的损伤过程、破坏形态、极限承载力。对试件进行数值模拟,分析应变、应力特征及损伤破坏过程。结果表明,高强螺栓附墙节点在剪切荷载作用下主要破坏形态为螺栓剪断与剪力墙局部混凝土压碎;混凝土强度等级由C30提高至C50时,试件极限承载力提高11.43%～16.83%;采用抗剪吊筋的试件较无抗剪吊筋试件极限承载力提高15.46%～21.05%;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

钢管与管外混凝土界面粘结抗剪能力试验研究

为研究并揭示钢管混凝土叠合柱的钢管与管外混凝土界面的粘结抗剪能力,完成了10个试件的推出试验,其中3个试件的钢管外壁未焊接抗剪连接件,4个试件的钢管外壁焊接钢筋环、3个试件的钢管外壁焊接栓钉作为抗剪连接件。试件的破坏形态为钢管混凝土被推出,钢筋环的焊缝及栓钉的栓杆被剪断;未焊接抗剪连接件试件的实测界面抗剪粘结强度略大于1.0MPa;钢筋环直径由6mm增大为8mm、或由1根增加为2根、或栓钉直径由10mm增大为16mm,界面的受剪承载力增大;1根直径8mm的钢筋环的受剪承载力大于4根直径16mm的栓钉的受剪承载力。钢筋环及栓钉的受剪承载力试验值大于公式计算值。提出了钢管与管外混凝土界面抗剪粘结设计建议。     

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。     

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。     

压剪组合作用下摩擦型高强螺栓连接斜撑节点力学性能

为明确摩擦型高强螺栓连接接头的受力性能,建立了不同角度、不同摩擦系数、不同连接板厚度及不同螺栓杆直径的连接件的数值模型,并研究了压剪组合作用下不同参数连接件的破坏模式、初始滑移荷载及极限荷载。研究结果表明：连接件的破坏模式主要分为螺栓剪断、连接板螺栓孔挤压破坏及连接板屈曲3种;摩擦系数越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越大,摩擦系数对角度较小的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响更为明显;角度越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越小,角度对摩擦系数较大的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响较为显著;板厚对连接件的初始滑移荷载影响不大,但对极限荷载影响较大,连接板越厚,极限荷载越大;连接接头的初始滑移荷载和极限荷载与螺栓杆直径成线性关系,螺栓直径越大,连接接头的初始滑移荷载与极限荷载越大。研究结果可为钢结构梁柱斜撑设计及节点加固改造提供参考。     

纤维高强混凝土抗剪性能的试验研究

通过84根尺寸为100mm×100mm×400mm的高强混凝土、钢纤维高强混凝土、聚丙烯纤维高强混凝土试件在剪切荷载作用下的抗剪试验,研究了纤维类型和纤维体积率(掺量)对高强混凝土抗剪强度及在剪切荷载作用下变形性能的影响。结果表明,纤维的加入有效地改善了高强混凝土的抗剪强度及变形性能。初裂抗剪强度和变形、极限抗剪强度和变形以及抗剪韧性均随纤维体积率(掺量)的增加而增大,试件破坏时能保持完整性。根据试验结果,建立了钢纤维高强混凝土及聚丙烯纤维高强混凝土抗剪性能的剪力传递模型和数学表达式。     

自密实钢纤维细石混凝土-钢组合桥面结构的短栓钉抗剪性能试验研究

研究自密实高强钢纤维混凝土（HSFC）-钢组合桥面结构中短栓钉连接件的抗剪性能,通过对14个栓钉连接件进行推出试验,讨论了栓钉直径、保护层厚度和配筋的影响,并对破坏模式和力学性能进行分析,提出荷载-滑移曲线预测式,并给出自密实HSFC-钢组合桥面结构设计建议。结果表明：（1）使用HSFC代替普通混凝土后,推出试件破坏模式由混凝土压碎转变为栓钉剪断破坏,短栓钉抗剪强度提高了39.1%;(2)当HSFC中栓钉长径比和保护层厚度不满足现行规范要求时,仍可实现混凝土和钢板的优良协同作用;（3）栓钉直径的增大可以显著提高栓钉的抗剪强度,但HSFC混凝土板厚度对栓钉的抗剪性能影响并不明显。     

钢管高强混凝土剪力墙受剪性能试验研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的受剪性能,设计制作了两批共32个小剪跨比（λ为0.3、0.56、0.8）钢管高强混凝土剪力墙试件并进行单向静力加载试验,分析了剪跨比、管外混凝土强度、轴压比、截面类型、水平分布筋配筋率和竖向分布筋配筋率对各试件受剪承载力、变形能力及其对试件破坏形态的影响。试验结果表明：钢管高强混凝土剪力墙作为组合构件,通过钢管外的抗剪环筋传递界面剪力,能够很好地协同受力,且具有初始刚度大、承载能力高的特点;剪跨比为0.56、0.80的试件,其破坏始于管外混凝土的斜压破坏;剪跨比为0.30的试件,其破坏形态为管外混凝土斜裂缝发展、贯通,墙体受压侧底部水平分布筋处混凝土错动、脱落,具有直剪破坏的特征;各试件破坏时均具有一定的变形能力。基于对试验结果的统计分析,提出了钢管高强混凝土剪力墙的受剪承载力计算式,计算值与试验值吻合良好,可为工程设计提供参考。     

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。