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。     

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。     

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。     

高强钢螺栓连接电弧热喷铝接触面抗滑移系数试验研究

高强钢结构对连接承载力的要求提高,为在高强钢结构中应用高强度螺栓摩擦型连接,需改进接触面处理方式以提高抗滑移系数.电弧热喷铝是一种新的接触面处理方式,其抗滑移系数较高,但目前电弧热喷铝接触面相关研究较少,应用于高强钢结构时缺少设计依据.针对Q460C,Q460D,Q890C三种牌号的高强钢,以及电弧热喷铝、轧制表面砂轮除锈和轧制表面钢丝刷除锈三种接触面处理方式,进行了 7组高强度钢材螺栓摩擦型连接试件的抗剪试验,分析了钢材强度、板件厚度、螺栓预拉力及接触面处理方式对抗滑移系数的影响.试验结果表明:荷载引起的10.9级高强度螺栓预拉力损失可达10％以上,经电弧热喷铝处理过的高强度钢材接触面抗滑移系数可达0.71,设计中建议按最小值取0.60.     

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。     

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。     

咬合式高强螺栓连接延性破坏模式下受剪性能研究

为研究咬合式高强螺栓连接在剪力作用下的延性破坏模式和承载性能,完成了8个咬合式高强螺栓连接受剪试验。试验结果表明,当齿口个数较少时,咬合式高强螺栓连接的破坏模式为齿口屈服的延性破坏。在试验研究的基础上,建立了有限元模型并进行校验。通过8组有限元模型的参数分析发现,除改变螺栓预紧力的大小对咬合式高强螺栓连接的受剪承载力无明显影响外,齿口间摩擦系数、齿口个数、板件宽度、盖板厚度、螺栓直径、垫片厚度和弹性模量的增大均可以提高连接的受剪承载力。最后拟合得到双面受剪的咬合式高强螺栓连接的受剪承载力计算式,对比拟合计算式的计算结果、试验和数值计算结果表明,所提受剪承载力计算式合理,计算结果准确。     

螺栓连接全装配式一字形RC剪力墙受力性能试验研究

采用高强度螺栓和连接钢框连接上下层预制钢筋混凝土（RC）墙板,形成一字形全装配式剪力墙。为了研究该全装配式剪力墙的基本力学性能及水平接缝的工作机制,以连接钢框的翼板厚度及高强度螺栓的公称直径及预拉力为参数,制作3个试件,进行了单调加载试验,对试件的水平荷载－侧移曲线及其特征点、钢筋应变、连接钢框与内嵌边框之间的相对滑移以及连接钢框的应变分布进行了分析。试验结果表明：采用螺栓连接的全装配式剪力墙具有较好的延性性能;减小高强度的螺栓直径及预拉力会使水平接缝内的相对滑移增大;减小连接钢框的翼板厚度会使连接钢框中的应力增加;连接钢框受压区的正应力远大于受拉区,受拉区与受压区分界点的位置与预制墙板基本一致。在试验的基础上,分析了水平接缝的工作机制。分析表明：摩擦作用、销栓作用是受拉区水平接缝传递荷载的主要方式;受压区水平接缝的工作机制与连接件之间的初始空隙有关,摩擦作用、销栓作用以及顶紧挤压作用是受压区水平接缝传递荷载的主要方式。     

螺栓连接装配式一字形钢筋混凝土剪力墙承载力分析

针对螺栓连接装配式剪力墙的受力特性，推导了该装配式剪力墙水平接缝的滑移承载力、连接钢框屈服荷载的计算式，分析了钢框的局部屈曲。基于现有研究成果及规范方法，对预制墙板的开裂、屈服、峰值荷载以及斜截面受剪承载力进行了计算。建立了墙体水平接缝受剪承载力计算模型，给出了受剪承载力的计算式。研究结果表明：该装配式剪力墙的特征荷载与承载力的计算值与试验值吻合较好；合理的设计可实现试件屈服前或达到峰值荷载前受拉端连接件不滑移，以及在试验全过程中连接钢框受拉端不屈服；改善连接钢框翼板与腹板之间的焊接质量能大幅度提高连接钢框的屈曲临界荷载，避免局部屈曲的发生。高强度螺栓的滑移承载力，以及剪力墙受压区预制墙板底部与连接钢框腹板之间的摩擦作用是构成墙体水平接缝受剪承载力的两个主要部分。     

循环荷载下高强度螺栓连接摩擦系数试验研究

高强度螺栓摩擦型连接在承受循环剪力时,螺栓拉力和接触面的摩擦系数会随加载过程发生变化,因此,使用抗滑移系数进行分析和设计不安全.为研究高强度螺栓受剪连接中未处理轧制表面直接接触、轧制表面间垫设紫铜片以及螺栓垫圈与轧制钢板接触的摩擦系数,对不同栓杆直径、不同孔形的4组(12个)高强度螺栓连接试件开展了循环加载试验和有限元数值模拟研究,分析了循环荷载下连接滑移过程中高强度螺栓拉力及摩擦系数的变化情况,以及数值模拟中摩擦系数的取值方法.结果 表明:改变螺栓直径或孔型对未处理轧制表面直接接触的摩擦系数影响较小;增大螺栓直径,螺栓垫圈与轧制钢板接触的摩擦系数显著降低;采用大螺栓孔时,轧制表面间垫设紫铜片对摩擦系数有一定幅度提高;有限元模拟中,双剪试件输入摩擦系数结果与试验结果较为吻合,而单剪试件输入抗滑移系数结果与试验结果吻合程度更高.     

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。     

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。     

承压型高强螺栓受力性能试验研究

通过单个承压型高强度螺栓与承压型高强度螺栓群的承载能力试验,研究了高强螺栓预拉力和摩擦面抗滑移系数对承压型高强螺栓受力性能的影响和规律。分别对不同预拉力、摩擦面抗滑移系数下单个承压型高强螺栓和螺栓群的承载力进行了研究和分析。研究结果表明,承压型高强螺栓预拉力所造成的摩擦力只能延缓螺栓滑动的出现,其抗剪承载力不受抗滑移系数及预拉力的影响,为实际工程中承压型连接高强螺栓的设计和施工提供了参考。     

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-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％.     

正交胶合木-混凝土螺栓连接力学性能试验研究及参数分析

为研究正交胶合木(CLT)-混凝土螺栓连接的力学性能,对12个顺纹连接试件和12个横纹连接试件进行了单调加载和低周往复加载试验,总结了连接典型的破坏模式,得到了连接的初始刚度、承载力及延性系数等力学性能;利用ABAQUS软件对连接进行非线性参数分析,研究螺栓直径、螺栓强度等级及CLT层板厚度等参数对连接力学性能的影响。结果表明：连接的破坏模式与厚径比(CLT厚度与螺栓直径之比)相关,当厚径比不大于6.56时,主要发生单塑性铰屈服、木材销槽承压及局部承压破坏;螺栓直径一定时,增加CLT层板厚度可有效提高连接承载力;当厚径比大于6.56时,主要发生螺栓双塑性铰屈服与剪断破坏;增加层板厚度对连接初始刚度、承载力和破坏模式无明显影响。针对螺栓屈服破坏模式,增大螺栓直径可提高连接的初始刚度与承载力;提高螺栓强度等级对初始刚度影响较小,但可提高连接承载力。     

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括：螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明：连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。     

温度对高强度螺栓连接节点承载性能影响的试验研究

高强度螺栓连接是钢结构现场安装的主要手段之一,高强度螺栓连接螺栓孔采用槽孔时对加工和安装误差适应能力更强,便于施工。目前对高强度螺栓槽孔节点的研究较少,对高温下高强度螺栓槽孔节点的研究更是空白。为此进行了14个高强度螺栓标准孔和槽孔连接节点在常温、130℃高温和200℃高温下滑移性能的试验研究,考虑了温度、孔型、螺栓直径等参数的影响,并利用高温应变计测量了高温下高强度螺栓预拉力。结果表明:1)在20～130℃期间,温度对标准孔试件滑移荷载和滑移变形有影响,抗滑移荷载减少0.9%～4.3%;抗滑移系数降低7.5%～7.8%;螺栓预拉力松弛约22.4%。2)在130～200℃期间,槽孔试件滑移荷载和滑移变形变化较明显。相对于常温情况,130℃和200℃下M30螺栓滑移荷载分别减少9%和34%,抗滑移系数分别降低11%和7%;螺栓预拉力出现不规则变化。3)常温条件下,相对于标准孔,槽孔的滑移荷载和抗滑移系数要小,且对于直径较大的螺栓,槽孔的削弱较小。M20和M30螺栓槽孔滑移荷载分别比标准孔的低11.0%和4.0%,抗滑移系数分别比标准孔的低12.0%和10.0%。4) 130℃温度下,相对于标准孔,M30槽孔的滑移荷载和抗滑移系数分别降低9.0%和13.0%,且对比常温条件,130℃温度下槽孔的削弱更大。5)槽孔会加大螺栓预拉力松弛,130℃温度下,M30标准孔节点螺栓预拉力松弛约-16.3%;而槽孔节点螺栓预拉力松弛约-30.7%,比标准孔高14.4%。6)在20～130℃期间,M30螺栓的抗滑移系数比M20螺栓的大约30.0%,说明连接刚度越大,标准试件抗滑移系数值越大; 200℃温度下,M30螺栓的抗滑移系数比M20螺栓的反而小12.4%,表明M20抗滑移系数出现异常。7) 130℃时,M20和M30螺栓预拉力松弛分别约28.4%和16.3%,说明连接刚度越大,螺栓预拉力松弛越小;随着温度提高至200℃时,M20预拉力呈明显下降趋势,下降幅度比130℃时要大,离散性也大,M30螺栓预拉力呈现有升有降的状况,没有明显的规律性。     

装配式剪力墙浆锚连接的受力性能试验研究

为研究装配式剪力墙竖向浆锚连接的钢筋锚固性能及结合面受剪性能,以插筋配筋率为参数进行了3组搭接试验和2组抗剪试验,确定了其竖向插筋的搭接长度,得到了抗剪试件结合面的承载力、破坏模式和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明：选取的钢筋搭接长度能够满足承载力要求;同一试件中,结合面1（后浇混凝土与抗剪键相连的界面）先于结合面2（后浇混凝土与凹槽连接的界面）破坏;插筋配筋率对结合面开裂荷载影响较小,但对受剪承载力影响较大;抗剪试件破坏时凹槽附近易发生混凝土脱落,建议剪力墙受拉钢筋直径尽量大于8 mm。采用ABAQUS软件对抗剪试验进行了有限元模拟,并分析了后浇混凝土强度、后浇带宽度和凹槽长度等参数对结合面受剪承载力的影响。分析结果表明：提高后浇混凝土强度可使结合面受剪承载力提高;在满足锚固需求条件下,增加后浇带宽度可提高墙体的受剪承载力,减少凹槽长度对墙体受剪承载力影响较小。