组合梁负弯矩区“抗拔不抗剪”滑移计算

为改善组合梁负弯矩区受力性能,聂建国提出一种新的"抗拔不抗剪"剪力连接件技术,能使混凝土不受拉力作用。但这样必然导致组合梁的滑移增大,且组合梁抗滑刚度分布的变化使原有滑移计算方法都不再适用。本文从滑移微分控制方程出发,得到了负弯矩区采用"抗拔不抗剪"连接件技术的组合梁滑移计算的解析表达式,经过算例分析与比较,结果表明采用"抗拔不抗剪"新技术将会使滑移增大,使用时应充分考虑其影响。该滑移计算方法可以为新技术的应用和推广提供参考。     

抗拔不抗剪连接新技术及其应用

负弯矩区混凝土板的抗裂难题一直以来制约着钢-混凝土组合结构体系的发展。该文针对这一难题,从组合结构的基本原理出发,提出抗拔不抗剪连接新技术,并研发相应的连接件构造形式,包括滑动式、T型和螺杆式。其中,螺杆式连接件构造简单、施工方便,建议在工程中优先采用。节段模型试验结果表明,抗拔不抗剪新型连接件在几乎不削弱负弯矩区组合梁整体刚度和极限承载力的同时,可显著提高负弯矩区混凝土板的抗裂性能。连接件性能试验还深入揭示了抗拔不抗剪连接件的滑移和抗拔机理。抗拔不抗剪连接新技术已成功应用于组合结构实际工程,解决其抗裂设计难题。抗拔不抗剪理念还可推广应用于提高桥梁上部结构的抗倾覆能力,为改善和加强结构整体牢固性提供新的思路。     

钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计

为进一步验证抗拔不抗剪连接件对组合梁桥负弯矩区抗裂的效果,并研究采用该连接件时负弯矩截面的设计方法,利用考虑滑移效应的组合梁负弯矩区受力模型,推导了采用抗拔不抗剪连接时组合梁负弯矩截面承载力的计算模型,计算结果与有限元分析结果吻合良好.通过理论推导,进一步证明了抗拔不抗剪连接件对负弯矩截面承载力的折减不大,且能有效延缓...     

钢-RPC组合梁栓钉连接件抗剪承载力试验研究

钢-活性粉末混凝土(RPC)组合梁是一种新型组合结构,界面栓钉连接件的抗剪承载力是组合梁结合部强度最重要的指标。采用推出试验,研究了混凝土强度、栓钉直径、栓钉长度对栓钉连接件抗剪承载力的影响规律。结果表明,对于相同的栓钉尺寸,钢-RPC(C150)栓钉抗剪承载力明显高于钢-普通混凝土(C50),二者比值约为1.3。前者发生栓钉的剪切破坏,后者发生的是混凝土的压碎破坏形式。钢-RPC栓钉抗剪承载力与栓钉直径平方成正比,但与栓钉长度变化关系不大。基于试验结果,本文提出了考虑混凝土强度影响的钢-RPC栓钉抗剪承载力的计算公式,为钢-RPC组合梁设计提供依据。     

新型钢-混凝土组合梁抗剪性能试验

提出了一种新型钢-混凝土组合梁,即取消传统钢-混凝土组合梁钢部件的上翼缘,在腹板上开洞,并在混凝土翼板中布置蛇形钢筋;对3根不同剪跨比的新型钢-混凝土组合梁的抗剪性能进行了试验研究,并与1根普通栓钉组合梁进行了对比;分析了剪跨比对新型钢-混凝土组合梁的破坏形态、变形能力及抗剪承载力的影响,并对新型组合梁的破坏机理和受力特点进行了详细阐述。结果表明：新型钢-混凝土组合梁相对于栓钉组合梁具有较高的抗剪承载力和变形能力。     

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。     

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。     

抗拔不抗剪连接件在钢-混凝土组合框架结构中的应用

抗拔不抗剪连接件能有效地释放混凝土板与钢梁之间的组合作用,降低负弯矩区混凝土板的拉应力,在桥梁结构中得到了广泛的应用。为研究该类连接件在建筑结构中的适用性,以一典型组合框架结构为例,在梁端负弯矩区附近采用抗拔不抗剪连接件取代普通剪力连接件,基于组合结构体系非线性分析程序COMPONA-MARC对结构进行了活载下的舒适度分析、静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析,对比了采用不同连接件的结构的自振频率、挠度、层间位移、开裂情况、出铰情况等指标。分析结果表明,在梁端采用抗拔不抗剪连接件后,结构的舒适度基本不受影响,梁端楼面板内钢筋的拉应力明显降低。同时,由于梁端局部释放了组合作用,降低了结构的整体刚度,结构的抗震性能与传统结构相比有一定的提升,并且由于混凝土板的开裂得到了有效地控制,结构在大震后的可修复性能大大提高。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

钢-混凝土组合梁截面组合抗剪性能的试验研究

对4根密实截面钢-混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部采用简支,跨中两点对称单调静力加载,考虑抗剪连接程度及正负弯矩的影响。试验结果表明,组合梁负弯矩区的界面滑移规律与正弯矩区的不同,其大小对组合梁的抗剪承载能力影响较小。不论混凝土翼板是处于组合梁截面的受压区还是受拉区,其对组合梁截面的抗剪承载能力均有明显的贡献,目前规范仅计算钢梁腹板的抗剪作用偏于保守。按叠加法建立了计算组合梁抗剪承载能力的计算式,计算值与实测值吻合良好。     

梁式与推出加载对钢-混凝土结构栓钉承载力影响机理分析

针对钢-混凝土结构中栓钉在推出和梁式加载时不同的受力行为,通过开展数值分析及试验验证,研究了两种加载情况下的栓钉承载力、刚度及传力路径等典型受力性能差异,提出了预留孔尺寸效应、钉簇间受力非线性梯度效应及单簇钉群受力簇群效应等影响效应及机理,建立了梁式加载单钉抗剪承载力计算式。研究表明：梁式加载时栓钉抗剪承载力低于推出加载,抗剪刚度高于推出加载;梁式加载极限承载力时栓钉根部受力相较推出加载呈现更为显著的非线性关系;尺寸效应使组合梁中栓钉承载力略高于推出试件;组合梁中簇群效应更为显著,使单钉承载力降低。梯度效应使组合梁栓钉根部受力非线性更为明显。基于上述分析,提出了考虑3种效应的梁式加载单钉抗剪承载力计算式。     

预埋式槽型锚轨抗拔及抗剪性能试验研究

以研究素混凝土中的预埋式槽型锚轨抗拔及抗剪性能为目的,对34个试件分别进行了垂直拉拔、横向受剪和纵向受剪试验,得到了不同受力工况下的开裂荷载、破坏荷载及荷载位移曲线,分析了试件的脆性破坏特征和破坏机理。试验结果和分析表明:素混凝土中预埋式槽型锚轨试件的主要破坏模式为混凝土的受拉脆性破坏,开裂位移小而开裂荷载大,荷载位移曲线下降段坡度较陡,试件承载力偏低且延性较差。最后根据试验结果并参照德国哈芬公司的产品标准,给出了该系列产品的正常工作允许荷载建议值并提出了改善试件受力性能的建议。     

新型连接件的叠合板组合楼盖边柱节点有限元分析

文中利用abaqus对采用新型不抗剪开孔钢板抗拔连接件的叠合板组合楼盖边柱节点进行有限元研究分析,并将有限元计算结果与试验结果和栓钉连接件的节点模拟结果进行对比。结果表明,有限元模型能较好的模拟试验情况,试验的破化形态与有限元分析基本一致,对比栓钉节点模拟结果,可以知道采用此新型不抗剪开孔钢板抗拔连接件可以有效的减缓负弯矩区混凝土开裂。后续可以在此模型的基础上开展进一步的研究分析。     

腹板嵌入式组合梁抗剪连接件拔出试验

为了研究腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的抗拔性能,考虑各影响因素,设计了6个拔出试件并进行了试验研究,得到了试件破坏特征及拔出力一位移关系曲线.建立了钢板连接件受拔出力作用的力学模型,分析了腹板厚度、横向钢筋直径及横向配筋率对拔出承载力的影响;结合钢板连接件的抗剪承载力,对这种连接件的抗拔性能是否满足腹板嵌入式组合梁的组合作用进行了验证;参照<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)中对栓钉连接件的要求,提出了腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件的构造要求.结果表明,这种抗剪连接件具有较好的抗拔性能.     

自带约束构造的栓钉抗剪连接件受力性能研究

钢-混凝土组合构件中的栓钉抗剪连接件作为主要传力部件,在混凝土中的力学行为极为复杂,栓钉周围的混凝土受栓钉"剪撬"局压集中作用极易产生劈裂微裂缝.为解决栓钉抗剪连接件"剪撬"局压劈裂的问题,提出一类带约束构造的栓钉抗剪连接件,通过推出试验研究了该新型栓钉连接件在钢-混凝土翼缘板之间的界面抗剪受力性能,比较了其与传统栓钉界面抗剪性能的差异.研究表明:带约束构造的栓钉抗剪连接件能依靠自身的约束构造有效地避免"剪撬"局压劈裂的不利影响,较大地提高钢-混凝土翼缘板之间的界面抗剪刚度,为钢-混凝土组合构件强连接系数的设计提供了理论依据.     

装配整体式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件受力性能试验研究

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。     

可拆卸钢-混凝土组合梁抗剪连接件的受力性能研究

为了促进全生命周期可拆卸钢结构和钢-混凝土组合结构的发展,完善相关受力性能评价方法和结构设计方法,针对新型可拆卸钢-混凝土组合梁抗剪连接件的受力机理和力学性能进行了试验研究。试件设计考虑不同的连接件(螺栓)直径(M20、M24)和材料强度(C50、C60混凝土),通过标准推出试验,分析了破坏模式、荷载-滑移响应、滑移和峰值荷载以及可拆卸性能等。通过将试验结果与中国、欧洲以及美国相关规范中针对组合梁栓钉抗剪连接件和螺栓紧固件抗剪承载力的计算方法进行对比分析,提出了该类新型抗剪连接件的摩擦型抗剪承载力和承压型抗剪承载力计算方法;基于受力机理分析,提出了该类可拆卸组合梁抗剪连接件的力学本构模型,并给出各个参数的确定方法。结果表明,提出的特征承载力和抗剪-滑移本构模型能够很好地描述该类抗剪连接件的力学性能,为在可拆卸钢-混凝土组合梁中的应用提供了理论和技术基础。     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。     

缩口型压型钢板-混凝土组合板的承载力及变形(一):试验研究及纵向抗剪承载力

共进行了8块组合板试验,研究了缩口型压型钢板-混凝土组合板的破坏特征、纵向抗剪、抗弯等力学性能。试验结果表明,对组合板承载力起控制作用的是纵向剪切破坏和弯曲破坏,对于端部无栓钉的组合板,随剪跨比Ls/dp的增大,破坏形态会逐渐由纵向剪切破坏向弯曲破坏过渡;端部栓钉可以有效改善组合板在极限状态时的受力性能。在试验研究的基础上,分别采用m-k法和部分剪力连接法回归得到了计算该类型压型钢板组合板纵向抗剪承载力的必要参数,同时分析了端部栓钉的有利作用。两种方法均能较准确地预测板的极限承载力。     

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。