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。     

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。     

腹板嵌入式组合梁中抗剪连接件推出试验

提出一种节省钢材且具有较高受剪承载力的新型组合梁--腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,它是将倒T形钢梁腹板上部开槽,嵌入到混凝土翼板中形成的组合梁。通过10个推出试件的试验,研究腹板嵌入式组合梁中钢板连接件的受剪承载力。推出试验结果表明,连接件的受剪承载力随混凝土强度等级、钢板厚度增加而提高。基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出嵌入式组合梁连接件受剪承载力计算公式,并提出连接件的构造要求。通过与普通组合梁中栓钉连接件受剪承载力的比较表明,腹板嵌入式钢-混凝土组合梁中钢板连接件具有承载力高、易于实现完全抗剪连接的优点,而且连接件抗剪连接刚度大,可以减少组合梁由于滑移效应引起的刚度折减。     

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。     

钢-混凝土组合结构新型双钉头型栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

以钢-混凝土组合梁中普遍采用的栓钉剪力连接件为研究对象,针对普通单钉头栓钉连接件存在根部相对薄弱、抗剪能力较差、连接容易过早失效的缺点,提出了一种新型双钉头型栓钉剪力连接件形式,并进行了推出试验有限元模拟分析,在此基础上讨论了影响新型栓钉连接件抗剪承载力的主要因素,最后结合有关规范公式提出了设计建议。研究表明:新型双钉头型栓钉提高了连接件的抗剪极限承载力(与传统栓钉相比,承载力可提高约10%),减小了钢梁与混凝土板的相对滑移,提高了二者的共同工作能力。下钉头直径是影响新型栓钉连接件抗剪性能的主要因素,工程应用时可取栓钉下钉头直径为其杆身直径的1.2~1.3倍,此时连接件极限承载力较高,抗剪工作性能亦较好。当按照我国现行钢结构规范设计采用新型栓钉连接件的钢-混凝土组合梁时,可对单个栓钉连接件的抗剪承载力计算值乘以1.3增大系数。与采用传统栓钉的组合梁相比,采用新型栓钉的钢-混凝土组合梁初期刚度与前者基本相同,但后期会有约12%~20%的明显提高。由于新型栓钉的滑移较小,使混凝土板和钢梁共同工作效果提高。     

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。     

榫-钉连接木-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为验证榫-钉连接的抗剪性能和组合性能,对榫-钉剪力连接件的推出试件以及采用该种连接的胶合木-混凝土组合梁分别进行了推出试验和弯曲试验。推出试验结果表明,榫-钉连接件的滑动刚度大、承载力高,同时也呈现出较为明显的脆性破坏。胶合木-混凝土组合梁由6个榫-钉剪力连接件连接。弯曲试验中测量了荷载、跨中挠度、木梁与混凝土板的应变以及端部和连接件处木梁与混凝土板的界面相对滑移。弯曲试验结果表明：木-混凝土组合梁的主要破坏模式为梁端木材的剪切破坏和木材的受弯破坏;采用榫-钉连接的木-混凝土组合梁的平均抗弯刚度达到了9.18×1012 N·mm2,较纯木梁提高了182.5%;其组合系数为69.7%,较传统螺钉连接的组合梁显著提升。因此,采用榫-钉连接的木-混凝土组合梁呈现出优异的抗弯刚度和承载力,有利于拓宽木-混凝土组合结构体系的应用范围,具有良好的应用前景。     

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-自然养护UHPC组合桥面板短焊钉抗剪试验研究

针对正交异性钢-自然养护超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板中短焊钉连接件的受力机理展开研究.设计制作了一组短焊钉推出试件进行静力剪切荷载试验,总结了钢-自然养护UHPC板内短焊钉的荷载-滑移曲线、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形式.通过与试验结果比较,考察了现行国内外主流规范对短焊钉承载力计算的适应性.另外,建立了材料非...     

栓钉连接件极限承载力及剪切刚度的试验

对焊接圆柱头栓钉连接件,考虑栓钉直径、混凝土强度及钢纤维配置三个因素,进行三因素三水平正交推出试验。试验数据的极差和方差分析表明,在混凝土中配置钢纤维不影响栓钉的抗剪承载力和剪切滑移刚度,但栓钉的剪切刚度随混凝土强度的提高而增大,剪切刚度与滑移量呈双曲函数关系;并给出栓钉极限承载力及剪切刚度的计算公式。重复加载试验表明,即使在剪力很小时,对栓钉卸载其滑移变形仍不能恢复。     

Structural performance of composite joints using bent studs

A composite truss bridge is an efficient structural type where the merits of both the steel member and the prestressed concrete member are combined. The design of a connection for the truss bridge is of particular interest due to complex details resulting from concentrated forces at the composite joint. In this paper, experimental investigations were conducted to evaluate the performance of the joint with bent studs welded on a gusset plate. Push-out tests for static and fatigue loadings on a group stud connection were conducted to evaluate the direct shear strength and fatigue endurance of the joint. Because the joints are subject to various loading conditions, flexure-shear tests were also performed to verify the design provisions for the joints under a combination of tension and shear. In order to enhance the structural behavior of the connection, a bent shaped stud was proposed to increase the pull-out strength of the concrete slab. Test results showed that it is adequate to use Eurocode-4 for the evaluation of a shear connection which satisfies the requirement of minimum stud spacing specified in Eurocode-4. Since the shear load is concentrated at the joint structure of composite truss bridges, additional confining reinforcements are needed to enhance the horizontal shear strength of the shear connection. The design provision on the interaction of tension and shear for the joint structure gave conservative results. When the pyramid failure surface was assumed, internal studs had little effect on the pull-out strength of the joint. Constructability of the joint can be enhanced by decreasing the number of connectors and by strengthening the concrete slab through simplified design checks assuming four failure modes and their interactions.     

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。     

侧扭屈曲的波形钢腹板钢筋混凝土连续组合梁的转动刚度

在负弯矩区,连续组合梁将达到由腹板刚度以及混凝土板和剪力连接刚度所产生的侧扭屈曲的极限状态。这3种刚度构成了组合梁的转动刚度。EC4在平面钢腹板组合梁中定义了这种刚度,但对于波形钢腹板组合梁结构中的刚度尚未有结论性研究。文中提出了一个公式,并基于以下几点来对波形腹板型材组合梁的转动刚度进行评估:1)倒U框架模型的4种代表性的试验结果;2)使用ANSYS有限元软件对数值模型进行构建和标定;3)68个数值模型的计算过程。在这些模型中,研究人员试图改变影响转动刚度的所有参数,例如腹板高度和厚度、平板的大小与类型(混凝土板或组合板)、横截面的剪力连接件的数量以及连接件的纵向间距。     

Rotational stiffness of continuous composite beams with sinusoidal-web profiles for lateral-torsional buckling

In the hogging bending moment region, continuous composite beams are subjected to the ultimate limit state of lateral-torsional buckling, which depends on web stiffness as well as concrete slab and shear connection stiffnesses. These three stiffnesses compose the rotational stiffness of composite beams. Eurocode 4 defines this stiffness in composite beams with plane webs, but there are no conclusive studies on the stiffness of composite beams with sinusoidal-web profiles. This paper presents a formulation to evaluate the rotational stiffness of composite beams with sinusoidal-web steel profiles presented based on (a) test results for four representative prototypes of the inverted U-frame model, (b) the development and calibration of a numerical model using the ANSYS commercial finite element software, and (c) the computational processing of sixty-eight numerical models. In these models, the researchers attempted to vary all the parameters that could influence the rotational stiffness, such as web height and thickness, slab size and type (concrete or composite), number of shear connectors in the cross-section and longitudinal spacing of connectors.     

Behavior of channel shear connectors, Part I: Experimental study

In composite beams, shear connectors are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. This paper presents an experimental study on the behavior of channel shear connectors embedded in a solid concrete material slab under monotonic and low-cycle fatigue loading. The latter would be applicable to composite structures subjected to seismic events. Of specific interest are the behavior and effects of different concrete materials. A series of push-out specimens made of plain concrete, reinforced concrete (RC), fiber reinforced concrete (FRC) and engineered cementitious composite (ECC) were tested for this evaluation. The results show that the reversed cyclic shear strength of most specimens is 10%-23% lower than their monotonic strength. Also, using the polypropylene fibers (FRC specimens) has a slight effect on the shear strength and load-displacement behavior of the specimens; however, using the polyvinyl alcohol fibers (ECC specimens) causes considerable increase in ultimate strength and ductility of channel shear connectors. Finally, the experimental load capacities are compared with that suggested by North American design codes.     

凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的受弯性能

文章将混凝土与竹材组合,提出一种新型凹槽销栓型竹-混凝土组合结构,为研究凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的受弯力学性能,对5组组合梁和1组对比竹梁进行四点弯曲试验,试验参数包括连接件间距及其数量,试验主要测试试验荷载、跨中挠度、竹梁与混凝土翼缘的应变以及竹梁与混凝土翼缘的界面相对滑移。试验结果表明,凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的破坏模式表现为两种:第Ⅰ类以混凝土翼缘斜向剪切破坏为控制,脆性特征明显,发生于连接件间距较密时;第Ⅱ类是以凹槽混凝土剪压破坏为控制,发生于连接件间距较疏时,连接件的凹槽内混凝土破损严重,破坏之前有明显的预兆。相对于对比竹梁,组合梁在各级荷载下的跨中位移大幅降低,截面刚度得到大幅度的提高,与对比竹梁相比,组合梁的承载力提高了1.23～1.61倍,对应跨中挠度为L/250和L/300时的荷载P_L/250和P_L/300平均提高了3.81倍和3.95倍,在正常使用荷载下,凹槽销栓型竹-混凝土组合梁的组合系数为0.86～0.98,组合截面的混凝土和竹材两种材料呈现良好的整体工作状态,凹槽销栓型连接件表现出刚性连接件的特征,具有较高的组合...     

Behavior and strength of headed stud shear connectors in ultra-high performance concrete of composite bridges

This study presents an experimental and numerical investigation on the static behavior of headed stud shear connectors in ultra-high performance concrete (UHPC) of composite bridges. Four push-out specimens were tested. It was found that no cracking, crushing or splitting was observed on the concrete slab, indicating that UHPC slab exhibited good performance and could resist the high force transferred from the headed studs. The numerical and experimental results indicated that the shear capacity is supposed to be composed of two parts stud shank shear contribution and concrete wedge block shear contribution. The stiffness increment of a stud in UHPC was at least 60% higher than that in normal strength concrete. Even if the stud height was reduced from 6d to 2d, there was no reduction in the shear strength of a stud. Short stud shear connectors with an aspect ratio as small as 2 could develop full strength in UHPC slabs. An empirical load-slip equation taking into account stud diameter was proposed to predict the load-slip response of a stud. The reliability and accuracy of the proposed load-slip equation was verified by the experimental and numerical load-slip curves.     

焊接连接的钢筋混凝土梁的静力性能

对高强混凝土组合梁桥梁中的钢和混凝土的连接件的静力和瞬时性能进行研究。在一系列条件下完成了拔出(Push-out)试验,并且依靠3D-F模型进行了分析。试验结果显示,平均最终剪切应力约为5·5MPa,而且结构响应主要依靠二维应力状态下的混凝土的行为。此外,粘合的连接件显示出很高的刚度和几乎与机械连接件一样的强度。对梁的模拟也表明,粘合的连接可以像梁一样被很精确地模拟。在混凝土桥面上开裂的风险也被显著减小,与那些采用机械连接相比的结构而言,这可能会增加粘合的钢-混凝土组合结构的耐久性。     

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。