Shear behavior of partially encased steel-concrete composite specimens under tension

为了研究型钢与部分外包混凝土的在拉力作用下的纵向剪力传递性能,对6个部分外包钢-混凝土组合构件进行了轴拉试验,对其破坏形态和荷载-滑移曲线进行了分析。试验中主要考虑了型钢与腹部混凝土的黏结长度、混凝土强度、栓钉连接件数量等影响因素。研究结果表明：部分外包钢-混凝土组合构件破坏形态主要表现为黏结破坏、混凝土压碎和栓钉剪断;轴拉试验和推出试验中无栓钉连接的部分外包型钢混凝土组合构件的黏结力均随着型钢与混凝土间的黏结长度的增加而增大;对于无栓钉和有栓钉组试件,轴拉试验和推出试验中型钢与混凝土间的受剪承载力均随着混凝土抗拉强度的增加而增大,且近似成线性关系;部分外包钢-混凝土组合构件的受剪承载力随栓钉数量的增加而增大;相较无栓钉组试件,采用2根栓钉连接和4根栓钉连接的轴拉试件,其受剪承载力分别可提高近100%和250%。     

拉力作用下部分外包钢-混凝土组合构件受剪性能试验研究

为了研究型钢与部分外包混凝土的在拉力作用下的纵向剪力传递性能,对6个部分外包钢-混凝土组合构件进行了轴拉试验,对其破坏形态和荷载-滑移曲线进行了分析。试验中主要考虑了型钢与腹部混凝土的黏结长度、混凝土强度、栓钉连接件数量等影响因素。研究结果表明:部分外包钢-混凝土组合构件破坏形态主要表现为黏结破坏、混凝土压碎和栓钉剪断;轴拉试验和推出试验中无栓钉连接的部分外包型钢混凝土组合构件的黏结力均随着型钢与混凝土间的黏结长度的增加而增大;对于无栓钉和有栓钉组试件,轴拉试验和推出试验中型钢与混凝土间的受剪承载力均随着混凝土抗拉强度的增加而增大,且近似成线性关系;部分外包钢-混凝土组合构件的受剪承载力随栓钉数量的增加而增大;相较无栓钉组试件,采用2根栓钉连接和4根栓钉连接的轴拉试件,其受剪承载力分别可提高近100%和250%。     

部分外包型钢混凝土试件黏结滑移性能试验研究

部分外包型钢混凝土是一种将H型钢外包在混凝土外侧的新型组合结构,通过对10根部分外包型钢混凝土试件在单调荷载下的标准推出试验,研究了试件在黏结滑移状态下的破坏形态、裂缝模式、荷载-滑移特性、型钢应变分布。试验结果表明:型钢锚固长度、横向配箍率、栓钉位置是影响黏结滑移性能的主要因素,其中,型钢锚固长度影响最小;当横向最小配箍率为0. 3%时,黏结滑移性能对总体黏结作用贡献最大;当栓钉布置于型钢腹板时,试件平均黏结强度提升46%,影响最为显著。     

带栓钉型钢混凝土组合构件受力性能及承载力计算方法研究

采用位移控制的加载方法对7个设置栓钉的型钢混凝土组合构件和1个未设置栓钉的对比试件进行推出试验。以栓钉直径、栓钉设置位置以及混凝土强度等为变化参数,研究型钢混凝土组合构件的破坏形态、黏结性能和极限受剪承载力。试验结果表明:栓钉受剪承载力随栓钉直径的增大、混凝土强度的提高而提高;腹板设置栓钉的试件抗剪性能优于翼缘的;翼缘和腹板均设置栓钉的试件承载性能最好,且能有效地限制滑移向自由端发展。分别对国内外不同技术标准建议的栓钉受剪承载力计算式进行分析比较,指出不同设计方法的合理应用范围。最后,在分析试验结果基础上提出型钢非埋入式栓钉受剪承载力的计算方法。     

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%～21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。     

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。     

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。     

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。     

Longitudinal shear test on steel-concrete composite beam with two rows of shear studs

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明：带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为“八”字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪试验研究

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明:带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为"八"字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

Study on the interfacial shear behavior of steel reinforced concrete (SRC) members with stud connectors after fire

Statically push-out tests of 20 steel reinforced concrete short columns (SRCSC) with stud connectors on the surface of shape steel after fire and two SRCSC under ambient temperature were carried out, in order to study the failure mode, load-slip relationship and the interfacial shear transfer of SRC members after fire. Experimental results show that the typical failure modes and load-slip curves of SRCSC after fire are almost the same as the case under ambient temperature. The interfacial shear transfer of SRCSC declines exponentially not only with the increase of the peak temperature the specimen experienced but also with the increase of the peak temperature duration. The interfacial shear transfer of the specimens with studs arranged at the steel web is much higher than those with studs arranged at the steel flange. Empirical formulas of SRCSC interfacial shear transfer after fire are proposed, and the calculated results generally agree well with the experimental results.     

高温下钢筋桁架楼承板中栓钉抗剪性能研究

对15个试件进行常温和高温下推出试验,研究钢筋桁架楼承板中栓钉的抗剪性能,得到混凝土楼板和栓钉不同位置处的温度分布以及栓钉受剪承载力随温度的退化规律。试验结果表明,钢筋桁架楼承板中栓钉在常温和高温下的破坏均为栓钉剪断破坏,栓钉根部混凝土局部压碎,但是与平板混凝土板中栓钉的破坏位置不同,所研究的栓钉剪断破坏的位置在钢梁上翼缘处,而不是在栓钉根部焊缝处,这也在很大程度上导致了钢筋桁架楼承板中栓钉受剪承载力比平板混凝土板中栓钉低。钢筋桁架楼承板中栓钉的受剪承载力和刚度均随温度的升高而降低。通过对试验数据的分析,提出了钢筋桁架楼承板中栓钉高温下受剪承载力和荷载-滑移曲线的计算方法。     

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。     

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...     

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。     

部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的抗剪性能试验研究

针对提高负弯矩作用下连续梁的结构特性提出了一种新型的部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁。对这种混凝土外包组合工字梁在对抗荷载下的抗剪性能进行试验分析研究。试验结果显示与普通的工字梁相比,混凝土外包组合工字梁的剪切屈曲因受外包混凝土的限制而有了更好的抗剪强度。由于组合截面的抗剪刚度是基于波形钢腹板和破裂前外包混凝土平均厚度的总和,且其抗剪强度决定了由钢腹板和外包混凝土共享的抗剪强度比。此外,根据试验中的破坏模式和应变分布,提出部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的预估抗剪强度。试验结果验证了之前分析得出的弹性阶段的抗剪刚度和抗剪比。且之前计算得出的钢腹板与组合梁的抗剪强度也与试验结果一致。通过对比可知文中提到的分析方法可以应用到部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁结构的抗剪刚度预估和抗剪强度设计中去。     

Shear behavior of partially encased composite I-girder with corrugated steel web: Experimental study

A new type of partially encased composite I-girder with corrugated steel web has been proposed to improve the structural performance of continuous girders under hogging moment. The shear behavior of such partially encased composite I-girders under anti-symmetric loading has been experimentally and analytically investigated. Experimental results show that the partially encased composite girders has superior shear strength compared to steel I-girders, since shear bucking of steel web is restricted by concrete encasement. The shear stiffness of the composite section is based on the total summation of corrugated web and concrete encasement with average thickness before cracking, and the ratio of shear resistance shared by the steel web and the concrete encasement depends on their shear stiffness. In addition, predicted shear strength of the partially encased composite girder with corrugated web is proposed according to the experimental failure mode and strain distribution. The analytical shear stiffness and shear resistance ratio at the elastic stage are verified by experimental results. And the calculated shear strength for steel and composite girders agree well with the experimental results. The comparison shows that the proposed analytical methods can be applied in predicting elastic shear stiffness and design shear strength for such partially encased composite girders with corrugated web.     

预制装配部分外包混凝土组合梁受弯承载力试验研究

为降低大跨、重荷建筑的建设工程造价,提出一种预制装配部分外包混凝土组合梁(PPECB).设计了7根受弯组合梁试件进行静力试验以研究其受弯性能,考虑浇筑方式、工字钢翼缘厚度、混凝土强度等级、配箍形式对其承载力的影响,研究破坏模式、应变发展和受弯承载力,明确预制装配部分外包混凝土组合梁的破坏机制.结果表明:7根组合梁表现出...