深基坑剪力键支护模型优化研究

为寻求深基坑剪力键支护模型的优化形式,在剪力键支护体系构想与模型试验的基础上,设计了3组剪力键与直立桩之间不同组合形式的试验方案,在模拟基坑开挖过程中,对各方案中支护模型的桩顶水平位移、桩身内力及基坑外侧填土表面的沉降进行监测,同时设计了4个系列12组剪力键模型方案进行有限元数值模拟。结果表明:斜向桩与腰梁连接的节点位于直立桩桩身处的剪力键组支护效果优于斜向桩与腰梁连接的节点位于相邻直立桩中间的剪力键组; 腰梁位于直立桩上部的剪力键组支护效果优于腰梁位于直立桩中部和下部的剪力键组; 腰梁高度对支护效果的影响大于斜向桩与直立桩连接节点位置的影响; 剪力键模型的支护效果与斜向桩和竖向的夹角非正相关,并且在实际工程中夹角越大所占用的地下空间越大,基于数值模拟可认为斜向桩与竖向的夹角30°为剪力键支护结构的适宜角度; 斜向桩与腰梁连接的节点位于直立桩桩身处、斜向桩与竖向夹角30°且腰梁位于直立桩上部的剪力键组是较优的支护形式,这些成果可为剪力键支护技术的开发与应用中提供借鉴。     

钢管桩剪力键受力机制的理论研究

剪力键在深海工程中运用十分广泛,是连接钢管桩与上部横梁一种十分有效的方式,近年来,也逐渐运用于我国内河码头中。但对其受机制的研究,国内外相关规范中还未对其进行较为详细的阐述。基于弹性力学理论,结合钢管混凝土桩的变形特点,根据功能互等定律和变分原理,通过推导出桩顶到剪力键位置处该段桩芯混凝土的边缘应力函数,对单个键的受力机制进行深入分析,将其计算结果与Gebman的试验数据值相比较,其结果显示在桩径小于1.0 m时具有精度较高。该公式不仅为单个键的受力机制提供了理论基础,也为多个键的研究提供了参考。     

单箱多室预应力连续梁桥横梁人孔的受力分析

单箱多室截面的预应力混凝土连续梁桥,由于多道腹板的影响,横梁的剪力分布范围较大,在横梁上设置人孔将对梁体形成削弱,引起明显的应力集中,影响结构安全,故一般须对人孔周围进行加强配筋设计。鉴于预应力混凝土横梁开洞的复杂应力状态,通过对一座单箱双室截面的预应力混凝土连续梁桥设置人孔的中横梁的分析,运用空间有限元模型计算了预应力横梁孔洞周边的应力情况,为人孔的配筋设计提供依据。     

钢结构厂房抗剪键施工质量控制技术研究

钢结构厂房中,钢柱柱脚作为上部结构和混凝土基础间的重要连接部位,承担将上部结构的荷载传递到基础的作用,抗剪键作为抵抗柱脚剪力、防止钢柱脚底板与基础混凝土顶面之间出现滑移的重要构件,是抗震设防、抵抗风荷载、水平荷载的重要节点,其施工质量的优劣直接影响着钢结构体系的安全稳定。针对抗剪键施工中存在的问题,从抗剪键的设计原理及施工质量控制关键点等方面,阐述了抗剪键施工质量控制技术。     

抗剪键的设计与施工

抗剪键的设计是柱脚抗剪设计的重要部分,对其设置的条件进行了分析,并根据设置方向将抗剪键分为平行剪力方向和垂直剪力方向,分析了两种抗剪键的受力特点,提出了实用的设计计算公式,对抗剪键的材料和施工提出了要求及注意事项。     

简支组合梁板体系有效宽度分析

有端横梁约束的简支单向组合梁 -板体系在横向荷载作用下 ,由于剪力连接件的约束 ,翼缘板中存在剪力滞后现象。结构体系中 ,端横梁对剪力滞后程度有很大影响。本文采用有限元方法 ,对翼缘有效宽度的主要影响因素进行参数分析 ,其中包括宽跨比、荷载类型、滑移刚度、端横梁约束程度等 ,并拟合出了各种情况下有效宽度的简化计算公式 ,通过与有限元方法及其它计算方法的对比 ,说明了本文公式的准确性     

剪力键对隔震桥梁地震响应影响分析

为了保证隔震桥梁在正常使用状态下的正常工作,需要在摩擦摆支座中设置剪力键,因此有必要研究剪力键对隔震桥梁的影响。以粤东高烈度地区某连续梁桥为背景,建立全桥有限元模型,分析了采用摩擦摆支座的隔震桥梁在E1及E2地震荷载激励下的响应。通过改变摩擦摆支座内剪力键水平承载能力大小,研究了不同剪力键承载能力对隔震桥梁地震响应的影响。研究结果表明,剪力键承载能力对墩底弯矩幅值及墩顶位移幅值影响较大,但对主梁位移幅值及支座幅值影响较小;当剪力键承载能力P与固定支座竖向设计荷载W的比值等于0.08时最优,此时剪力键在E1地震激励下不失效,且在E2地震激励下,对支座减隔震效果影响较小。     

大跨度宽幅斜拉桥组合梁精细化受力分析研究

以宜宾盐坪坝长江大桥为例,采用WisePlus空间有限元分析软件建立该桥梁空间网格模型进行了模拟计算,分析了大跨度宽桥面斜拉桥组合梁的受力特点。研究表明:宽桥面组合梁的剪力滞效应明显;小纵梁的设置有利于改善混凝土桥面板横向受力,对钢横梁受力影响小;梯度温差、汽车荷载等作用对混凝土桥面板横向受力不利;钢横梁与主纵梁采用高强螺栓连接,钢横梁横向分析时可以采用两端简支模拟边界条件。     

加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能影响研究

剪力键是空间钢网格结构的核心构件,其剪切性能对整体结构抗剪能力影响很大。为研究加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能的影响,运用ABAQUS通用有限元软件,建立了有无竖向加劲板两组节点纯剪切状态下的数值模型。研究剪力键节点的抗剪性能,选取了竖向加劲板宽度和厚度对节点极限承载力进行参数分析,进而研究了竖向加劲板宽厚比对节点承载力的影响。研究结果表明：纯剪切状态下,有加劲板的构件承载力明显高于无加劲板的构件。竖向加劲板的设置,使得T型钢上(下)肋和方钢管可以整体协同受力,使剪力键节点域的受力更加均匀。竖向加劲板宽度和厚度对剪力键节点域承载力影响较大,给出了竖向加劲板宽厚比的建议取值范围,研究结论可为工程设计提供理论参考。     

箱形截面柱剪力键式全螺栓连接受力性能研究

为了解决传统箱形截面柱法兰连接节点对结构空间占用的问题，提出了一种箱形截面柱剪力键式全螺栓连接节点，并对2个全螺栓连接箱形截面柱和1个整体式箱形截面柱进行拟静力试验研究。观察了全螺栓连接箱形截面柱的破坏现象，分析了全螺栓连接箱形柱的滞回性能、承载力、刚度退化、延性以及耗能能力等受力特性。结果表明：整体式箱形截面柱和剪力键式全螺栓连接箱形截面柱均发生塑性铰破坏；滞回曲线饱满，具有良好耗能能力；剪力键和水平单向螺栓的设置可使全螺栓连接箱形截面柱承载力提高24.64%,竖向高强螺栓拉力降低29.44%;节点处钢连接件的设置约束了箱形截面柱的屈曲变形，与整体式箱形截面柱相比，全螺栓连接箱形截面柱的位移延性系数提高了26.47%;钢连接件间无滑移，剪力键式全螺栓连接节点连接可靠。通过剪力键式全螺栓连接节点与刚接节点有限元分析结果对比，表明在工程应用中箱形截面柱剪力键式全螺栓连接节点可等效刚接。采用GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》对箱形截面柱剪力键式全螺栓连接节点进行承载力验算，计算结果与试验结果吻合。     

地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响研究

为了更全面地了解地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响情况,以港珠澳沉管隧道工程为背景,系统开展了两种不同沉降工况下几何相似比为1∶4.69的大型模型试验,并利用有限元对实际沉管节段进行数值模拟,研究了地基沉降下节段接头剪力键力学性状和剪力的分布情况。试验结果表明:剪力键应力变化主要影响因素为地基沉降,接头内剪力键的空间组合对应力影响不明显;地基沉降过程中,水平剪力键应力值相对较小;中墙剪力键下部端角先于侧墙剪力键下部端角与剪力键槽挤压,且前者量值大于后者,中墙剪力键下部端角最先受压破坏;接头内剪力键根部剪力分布与剪力键布设方向关系紧密,节段横断面一侧地基下沉对另一侧节段产生横拉效应;同时提出了接头内最大剪力与地基沉降关系方程和各竖向剪力键的竖向剪力承担比例。     

单向带抗剪键叠合板的力学性能及设计方法

针对现有钢筋桁架叠合板钢筋用量多、成本偏高的不足,提出了一种新型带混凝土抗剪键的叠合板,并通过对1块现浇板和6块叠合板的静力加载试验,分析了有无抗剪键、抗剪键沿横向个数和抗剪键结构形式对叠合板力学性能的影响。采用有限元软件ABAQUS模拟了试验中部分试件的受力过程,验证了有限元模拟方法的可行性。结果表明:与无抗剪键叠合板相比,设置一定数量抗剪键的叠合板和现浇板力学性能相近; 抗剪键个数越多,叠合板的极限承载力与现浇板越接近,其破坏特征也与现浇板基本相同; 不同结构形式的抗剪键均能保证预制底板与现浇层间的有效连接; 预制底板与现浇层的接触面间采用绑定接触时有限元模拟结果与试验结果更加接近; 考虑到结构设计的可靠性,在有限元模拟过程中,当叠合板的预制底板与现浇层间设置为摩擦接触时,改变抗剪键沿横向个数、抗剪键沿纵向个数和抗剪键截面面积,叠合板的屈服荷载和屈服位移均发生变化,但当三者增加到一定程度时,变化趋势不再明显; 改变现浇层混凝土强度等级、抗剪键混凝土强度等级和接触面摩擦因数,叠合板的屈服荷载和屈服位移基本未发生变化; 建立了带抗剪键叠合板的抗弯承载力和屈服位移简化计算式。     

沉管节段接头剪力键三维数值力学特性研究

基于ANSYS有限元软件,构建沉管节段三维数值模型,在节段接头处定义接触单元,采用只受压的杆单元模拟橡胶支座,并定义其为双折线材料。调节沉管下部土层的弹性模量与泊松比,模拟沉管隧道在不均匀荷载及沉降条件下的纵向弯曲与扭转工况。通过分析节段接头剪力键的应力及剪力分布特征,研究沉管接头剪力键在上述工况下的受力特性。并将数值结果与大比例尺节段接头剪力键模型试验结果相对比。主要结论:两类工况中,竖向剪力键承担了几乎全部的竖向剪力,但对水平方向的抗剪基本不起作用,而水平剪力键在两类工况中都产生了水平剪力;扭转工况中,地层较软一侧竖向剪力键剪力较大;在剪力键端头角点及与节段衔接处局部应力较大。     

钢管套筒灌浆连接轴向受拉性能模拟试验研究

为研究钢管套筒灌浆连接轴向受拉破坏过程及破坏机理，试验中设计了16组48个钢管套筒灌浆连接试件，试件采用钢板代替圆钢管，并进行静载试验。分析了灌浆料裂缝扩展过程、荷载-相对位移曲线，并对抗剪键高距比、灌浆料厚度、侧向力等因素对破坏过程及承载力的影响进行分析。结果表明：对于不设置抗剪键的套筒灌浆连接试件，斜裂缝随机产生，裂缝分布不均匀；对于设置抗剪键的套筒灌浆连接试件，裂缝首先出现在底部抗剪键位置处，与水平方向夹角约为30°，随后在中部和上部抗剪键位置处分别出现斜裂缝。由于每个抗剪键上荷载分担并不均匀，与抗剪键接触的灌浆料逐渐达到极限压应力，达到极限状态时，承载力全部由抗剪键间的机械咬合力承担，在连接承载力中，可忽略摩擦力和胶结力作用。随着抗剪键高距比h/s增大，各试件初始剪切刚度相差不大，承载力增大，但增幅逐渐减小，建议抗剪键高距比0.06g/s>0.3，同时需要满足灌浆料灌注的施工要求。     

Contributing factors to seismic force demand on in-span shear keys in multi-frame bridges

In-span hinge shear keys are critical to the transverse seismic performance of multi-frame bridges2. The demand parameters of in-span shear keys such as the bridge geometry, relative stiffness of adjacent frames, ground motion characteristics, transverse impact, and non-uniform base excitation on the seismic design force demands of the in-span shear keys are not well understood. To address this knowledge gap, a large number of straight non-skew prototype models were designed for different levels of seismicity and site class per the seismic design practice in California. These realistically designed models were analysed under a series of ground motions corresponding to the design spectrums, to estimate the in-span shear key force demands in relation with factors of interest. It was found that high-frequency modes of vibration may significantly contribute to the force demands. The relative location of in-span hinge to the stiffer frame on the shear key force is more effective than relative stiffness of adjacent frames. The current displacement-based analysis, such as pushover and elastic dynamic analysis, does not provide reliable results. The transverse impact and non-uniform base excitation significantly increase the shear key force. The findings may contribute to development of a reliable design guidelines for in-span shear keys through further research.     

Field investigation of ultra-high performance concrete shear key in an adjacent box-girder bridge

Adjacent box girders are widely used in short to intermediate span bridges in several states because they make bridges quick and easy to build. However, the strength and serviceability of this type of bridge can frequently be compromised by the reductions in efficiency of load transfer and shear resistance due to joint degradation at the shear keys. Because of its superior mechanical properties and improved durability, ultra-high performance concrete (UHPC) has been proposed as an alternative grout material to eliminate shear key degradation. In this project, a single-span adjacent box-girder bridge was instrumented and monitored to investigate the performance of the UHPC shear keys under truck loads. The parameters of primary importance to shear key performance were identified from the response data. A finite element (FE) model of the bridge was developed to evaluate the efficiency of the load transfer mechanism at the UHPC joints. The UHPC shear key and transverse shear reinforcement bars fully transferred the load through the joints due to high bond strength of UHPC. The maximum relative displacement for all load cases was 0.151?mm (0.00594 in.) insufficient to cause damage to the UHPC shear key interface.     

高层大板建筑水平接缝的抗剪试验研究

本文系现今在北京采用的高层大板住宅建筑的水平接缝的强度试验报告。共作了15组水平销键抗剪试验。对此种水平销键接缝的受力性能作了比较全面的、系统的探索。初步提出了接缝强度的计算方法,以及一些构造上的改进意见。     

高位转换短肢剪力墙结构的抗震设计

对现阶段短肢剪力墙结构抗震设计方法的研究现状进行了总结。结合工程设计实例分析,阐明了底部大空间裙楼设计、转换层设计、短肢剪力墙的抗震设计要点,提出了短肢剪力墙连梁的设计方法和加强抗震构造措施的必要性,探讨了设计中采用消能减震设计的可行性。     

Statische und dynamische Axialdruckversuche an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen mit verschiedenen Füllmaterialien

In diesem Beitrag wird über Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen berichtet, die am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Diese sogenannten “Grouted Joints” kommen z. B. als Verbindungselemente zwischen dem im Boden eingerammten Pfahl und dem Turm einer Offshore‐Windenergieanlage zum Einsatz. An deutlich kleineren Prüfkörpern wurden Axialdruckversuche im Labor durchgeführt, um den Unterschied zwischen glatten und gerippten Stahlrohrmantelflächen im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Ermüdung aufzuzeigen. Dabei kamen auch verschiedene Füllmaterialien für den Ringspalt zum Einsatz. Die Tragfähigkeit bei den Prüfkörpern mit glatten Rohrmantelflächen ist hauptsächlich von der Haftfestigkeit des Füllmaterials auf den Stahloberflächen und deren Beschaffenheit abhängig. Durch die Anordnung von Schubrippen kann die Trag‐ und Ermüdungslast um ein Vielfaches gegenüber der glatten Variante gesteigert werden. Dies ist hauptsächlich auf die Wirkung von Druckstreben zwischen den Schubrippen zurückzuführen, deren Tragfähigkeit sich mit zunehmender Druckfestigkeit des Füllmaterials erhöht. Mit einem Bemessungsmodell kann unter Berücksichtigung der Druckstrebentragfähigkeit und Anzahl der Schubrippen die Traglast von Grouted Joints abgeschätzt werden. Static and dynamic axial compression tests on grouted tube‐in‐tube connections with various grout materials. This paper summarises static and dynamic axial compression tests on small scale grouted joints for offshore wind energy converters. The connection is mostly used between driven monopiles and tower sections as tube‐in‐tube connection. The gap between the tubes is filled with grout materials. The test series comprises grouted joints with smooth and ribbed surfaces of the tubes which are loaded by axial compression. The ultimate and fatigue limit state of the connection can be increased with shear keys along the overlapped length of the tubes to get a ribbed contact surface to the grout. In this case the axial load is transferred by compression struts between the shear keys. The bearing capacity depends mainly on the compressive strength of the grout and the geometry of the shear keys. In addition to the experimental results an analytical design concept is presented within this paper for grouted joints with shear keys. With the analytical model the axial load capacity of the grouted joint can be determined under consideration of the compression struts and number of shear keys.     

轻型钢结构房屋柱基设计的探讨

为使柱底板与混凝土基础之间的调整空隙用无收缩砂浆填充密实,针对工程实际,提出处理调整空隙时对材料、施工、监理的要求,以保证工程安全。对规程中抗剪键的设置不够具体等问题,提出抗剪键的设置建议及计算公式。