考虑开孔钢板厚度的PBL剪力键力学性能研究

钢-混凝土组合结构中PBL剪力键的力学性能受到多种参数的影响.为了解开孔钢板厚度对PBL剪力键力学性能的影响,进行了6 组24 个PBL 键试件的推出试验,研究PBL 键的静力性能及影响因素;从荷载-滑移曲线出发对PBL 键的传力机理进行分析;研究PBL 键的破坏机理和开孔钢板厚度对破坏模式的影响.试验研究结果表明:开孔钢板的厚度对PBL 键的设计承载力、抗剪刚度和极限承载力都有显著影响;荷载较小时PBL 键的承载能力由混凝土榫抗剪提供,混凝土榫抗剪失效后转由贯穿钢筋抗剪承载;受开孔钢板厚度的影响,PBL 键的破坏形式有贯穿钢筋的弯剪破坏、剪切破坏或开孔钢板的剪切破坏.结合国内典型推出试验的结果,推导了考虑开孔钢板厚度的PBL键承载力计算公式,公式与试验结果吻合良好.     

新型组合剪力键抗剪机理及承载力计算方法研究

提出了一种带横向栓钉的新型组合PBL剪力键（简称组合剪力键）,并开展了6个组合剪力键试件的静力推出试验。建立了组合剪力键的精细化有限元模型,在试验验证的基础上,开展了216个试件的数值模拟和参数分析。基于试验研究和有限元分析结果,对组合剪力键的受力机理进行了分析。研究表明：该组合剪力键具有良好的抗剪性能,其抗剪承载力由PBL部分的混凝土榫柱和横向栓钉共同提供,可按叠加原理进行计算。参数分析表明：增加栓钉直径和混凝土强度均可有效提高组合剪力键抗剪承载力。其中,当栓钉直径由16 mm增至22 mm时,其承载力约提高27.7%;当混凝土强度等级由C30提高至C50时承载力约提高20.6%。但增加开孔直径和肋板厚度对抗剪承载力的提高影响并不明显基于可靠度分析和叠加原理提出了该组合剪力键抗剪承载力计算公式。研究结果可为该新型剪力键的工程应用和后续研究提供参考。     

PBL剪力连接件抗剪承载力试验研究

为建立组合桥梁中开孔钢板剪力连接件（PBL）剪力连接件的抗剪承载力计算公式,开展8个PBL连接件的单调加载推出试验。着重研究静载下不同承压方式、混凝土强度、开孔数量和贯穿钢筋直径对连接件抗剪承载力的影响。基于变形协调条件分析端部混凝土、孔内混凝土榫和贯穿钢筋对单孔连接件极限承载力的贡献;多孔连接件的抗剪承载力则在考虑应力重分布的基础上将单孔连接件承载力进行叠加。试验结果表明：提出的PBL连接件抗剪承载力计算模型物理意义明确,计算结果精度较高,可用于单排PBL剪力连接件的承载力计算。     

PBL剪力连接件抗剪承载力试验研究EI北大核心CSCD

为建立组合桥梁中开孔钢板剪力连接件(PBL)剪力连接件的抗剪承载力计算公式,开展8个PBL连接件的单调加载推出试验。着重研究静载下不同承压方式、混凝土强度、开孔数量和贯穿钢筋直径对连接件抗剪承载力的影响。基于变形协调条件分析端部混凝土、孔内混凝土榫和贯穿钢筋对单孔连接件极限承载力的贡献;多孔连接件的抗剪承载力则在考虑应力重分布的基础上将单孔连接件承载力进行叠加。试验结果表明:提出的PBL连接件抗剪承载力计算模型物理意义明确,计算结果精度较高,可用于单排PBL剪力连接件的承载力计算。     

混合结构PBL剪力键的荷载-滑移特征曲线研究

剪力键的荷载-滑移特征是混合结构简化有限元分析的基础。为研究混合结构PBL剪力键(Perfobond strip connectors)群的剪力传递,基于三批24组较大规模的PBL剪力键静载试验,借助于分布式光纤传感测试技术,深入分析了PBL剪力键的受力机理及影响其荷载-滑移的重要因素,提出了PBL剪力键极限承载力的计算公式;根据总体标准差的估算原理及回归分析,归纳出PBL剪力键弹性极限及承载能力极限状态下的荷载-滑移特征,得到了剪力键加载过程的荷载-滑移全曲线表达式。试验研究表明：设置穿孔钢筋的混合结构PBL剪力键具有较高的极限承载力和良好的延性性能,穿孔钢筋对PBL剪力键的荷载-滑移特征影响显著,开孔钢板与外围混凝土间的剪力-摩擦效应是PBL剪力键承载力构成的重要部分;PBL剪力键的弹性极限荷载对应于0.35倍的承载能力极限荷载,其屈服荷载约为极限承载力的0.695倍;荷载-滑移全曲线中弹性段可由直线表征,非线性段曲线服从对数分布。     

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL 剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL 剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC 组合箱梁桥工程背景,进行了4 个PBL 连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为：在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。     

新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

钢-UHPC组合结构中栓钉剪力键力学性能研究

为深入研究栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的力学特性及破坏形态,对8个栓钉剪力键试件进行了推出试验,详细探讨了混凝土类型、栓钉直径及长度对栓钉剪力键极限抗剪承载力的影响规律;基于有限元模型,进一步分析栓钉的极限抗拉强度、直径、长径比及混凝土强度对抗剪性能的影响,并详细研究栓钉直径、长度及混凝土强度对栓钉剪应力有效分布长度的影响。结果表明:栓钉根部附近的剪切断裂是主要的破坏形式;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;栓钉剪应力在根部出现峰值,并沿钉帽方向迅速衰减;栓钉直径对剪应力有效分布长度影响显著。最后,根据试验结果提出了栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好,可为工程设计提供一定的参考价值。     

钢与轻骨料砼组合梁剪力连接件非线性分析

本文运用ANSYS有限元软件分别建立三种剪力连接件形式的钢与轻骨料混凝土组合梁模型进行非线性分析。分析了三种不同剪力连接件的应力分布变化规律,同时对不同剪力连接件形式下的钢与轻骨料混凝土组合梁的交界面滑移规律进行分析。为以后的组合梁研究工作奠定了基础,并方便了日后的设计工作。     

半刚性组合结构的极限分析

本文提出了一种钢－混凝土组合的梁－柱单元，并将梁柱半刚性节点和简化成转动弹簧，从而可对半刚性组合结构进行精确分析，计算步骤简单，适合于工程设计中作国有限元分析的模型。     

波形钢腹板PC曲线箱梁剪力滞效应的数值分析

为研究波形钢腹板PC曲线箱梁的剪力滞效应,利用有限元分析软件同时建立波形钢腹板PC曲线箱梁和普通PC曲线箱梁的实体模型,分析跨中集中荷载和全桥均布荷载两种工况下典型截面的应力分布,得到典型截面的剪力滞系数,并做对比分析.研究结果表明:采用波形钢腹板增加典型断面的最大剪力滞系数,曲线箱梁内侧的剪力滞效应比外侧严重.集中荷...     

带开孔板剪力键的钢-UHPC组合板受弯性能试验研究及数值模拟

研究了一种采用开孔板(PBL)剪力键的钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板,可用作大跨度桥面板或楼板。基于某特大跨度组合梁斜拉桥的桥面板设计,完成了3块钢-UHPC组合板和1块钢-C60组合板的足尺模型试验,探究剪力连接件种类、数量和混凝土材料对组合板受力性能的影响。试验结果表明：在集中荷载作用下,钢-UHPC组合板发生典型的弯曲破坏,而钢-C60组合板发生冲切破坏;钢-UHPC组合板的承载力、刚度和延性均远优于相同厚度的钢-C60组合板;在3块钢-UHPC组合板试件中,含较多开孔板剪力键的试件表现出最佳的受力性能。基于ABAQUS建立钢-UHPC组合板的精细有限元模型,模型的预测结果与试验得到的荷载-位移曲线吻合良好,进一步利用有限元模型开展了参数分析。     

基于PPP-BOTDA技术的PBL剪力键群应变测试研究

为研究混合结构PBL剪力键群各剪力键的剪力传递,在开孔板界面摩擦效应测试中引入了光纤传感测试技术。阐述了PPP-BOTDA (Pulse-PrePump Brillouin Optical Time Domain Analysis)技术的测量原理,根据多中间层的剪滞理论,建立了基体-光纤间的应变传递模型,推导了表贴式光纤的应变传递公式,基于4个四排PBL剪力键群试件的静载破坏试验,实现了对PBL剪力键开孔钢板及混凝土应变的空间分布式测量,并对分布式传感光纤的应变传递进行了敏感性分析。测试结果及分析表明：在仪器的空间分辨率一定时,传感光纤的粘贴宽度、光纤护套的厚度对应变传递影响显著,粘结层胶体的剪切模量对应变传递影响不甚明显;对比剪力键试验中应变片与分布式光纤的应变数据,试验采用的两种光纤均具有良好的应变测量精度,试验结果与理论敏感性分析较为一致;基于PPP-BOTDA的分布式光纤测试方法,克服了传统应变片测试中的不足,在既定的光纤铺设工艺下,适用于结构的大应变、高精度、分布式测量。     

新型双钢板-混凝土组合墙轴心受压性能研究

该文提出了适用于双钢板-混凝土组合墙的新型剪力连接件.采用槽钢连接的新型双钢板-混凝土组合墙,进行了6片双钢板-混凝土组合墙轴向受压试验,研究了剪力连接件间距和混凝土材料对组合墙体轴心受压性能的影响.结果表明:连接件布置和混凝土材性对组合墙的受压力学性能有较大的影响;连接件间距的增大会降低组合墙的极限承载力和延性,对初...     

箱梁的剪力滞效应分析

在变分法薄壁箱梁剪力滞基本微分方程的基础上,提出了一种与现有普通梁单元配合使用的分析箱梁剪力滞效应的有限元方法,导出了剪力滞单元系数矩阵和广义荷载列阵计算公式。针对变分法分析剪力滞问题的特点,给出了按照剪力滞广义平衡与变形协调条件进行结构系统分析、组集结构总剪力滞系数矩阵的方法。分析了连续梁和悬臂梁这两种不同结构类型、不同边界支承条件的箱梁在不同荷载条件下的剪力滞效应,并与变分法解析结果作了对比,验证了该文方法的广泛适用性和可靠性。     

钢-混凝土组合箱型梁的滑移和剪力滞效应

该文提出了钢-混凝土组合箱型梁考虑滑移和剪力滞效应的理论模型。模型中引入了5个变量,分别包括混凝土板轴向位移、钢梁轴向位移、竖向挠度、混凝土板翘曲强度函数和钢梁翘曲强度函数,采用虚功原理得到了组合箱型梁的控制微分方程组,微分方程组可基于有限差分法求解。进而结合有限元精细模型分析手段,通过分析1座简支组合箱梁桥和1座两跨连续组合箱梁桥的滑移和剪力滞效应,验证了理论模型的准确性与适用性。最后以承受均布荷载的简支组合箱梁桥为基础,采用理论模型研究了压弯或拉弯荷载导致的梁柱效应以及预应力束布置方式对剪力滞效应的影响,并进一步分析了所提出的理论模型较之于之前研究者提出的理论模型所具备的优势。     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

楼板有效翼缘宽度是组合框架梁梁端极限承载力验算的关键参数之一,已有的有效翼缘宽度计算公式存在荷载模式不匹配、等效准则不匹配、无法考虑钢梁截面的非对称性等不足。为此,该文重点讨论了侧向荷载作用下采用圆形截面柱的组合框架中非对称钢梁截面框架梁端的承载力极限状态有效翼缘宽度的计算方法。在有限元软件MSC.MARC (2018)中建立精细化数值模型,通过单变量分析筛选出对有效翼缘宽度有显著影响的关键变量。在合理的取值范围内对这些关键变量进行充分的排列组合,得到一系列的数值算例结果。对这些数值结果进行回归分析,基于前人得出的对称钢梁截面情况的计算公式,保留其基本框架而修改其中相关参数,得出侧向荷载作用下非对称钢梁截面组合框架梁有效翼缘宽度的计算方法。     

空间刚架结构钢-混结合段疲劳性能试验研究

为了解空间刚架结构钢-混结合段的疲劳性能,按照几何、物理及边界相似准则设计了1∶2的大比例试验模型,进行了设计寿命期内疲劳加载,测试了疲劳加载过程中钢-混结合段结构主要构件以及焊缝、剪力键的应力及变形情况。试验结果显示：空间刚架结构钢-混结合段在疲劳荷载作用过程中的应力水平较低,应力分布基本无变化,钢与混凝土相对滑移量很小;疲劳荷载作用后钢结构、混凝土结构无表观裂纹,超声波探伤结果表明疲劳荷载作用后钢结构焊缝无超标缺陷;结合段顶部钢与混凝土之间的界面粘结被破坏,但由于剪力键的作用,钢与混凝土的最大相对滑移量为0.036mm;该空间刚架结构钢-混结合段具有良好的疲劳性能。最后从疲劳性能的角度对钢-混结合段的合理构造设计进行了讨论。     

考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁解析解

通过在Newmark 模型中引入(1)描述横向非均匀分布的纵向位移的翘曲形函数和(2)描述钢梁腹板剪切变形的Timoshenko 梁假定,建立了一个能考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁模型,并推导了均布荷载作用下的解析解。最后通过4 个算例验证了模型和解析解的正确性和适用性,并显示了考虑组合梁剪切变形的必要性。另外,算例还表明,在组合梁的三维有限元建模中采用Timoshenko 梁单元来考虑钢梁的剪切变形会导致显著的误差。     

钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能试验研究与数值模拟

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能,设计了2个两跨连续组合梁试件,对其进行静力加载试验,并与有限元模拟结果进行对比。研究结果表明：双面组合作用梁下部混凝土板可分担钢梁压力,其组合作用有利于钢梁下翼缘的稳定性,但对于腹板的稳定性不起作用。组合梁在按照完全抗剪连接进行设计时,可不考虑界面滑移的影响;与普通组合作用梁相比,双面组合作用梁抗弯刚度更大,其负弯矩区长度可延长约28.3%。相同荷载作用下,双面组合作用梁负弯矩值较低,可延缓上部混凝土板的开裂,有效控制混凝土板裂缝宽度和裂缝区范围。下部混凝土板长度按照完全抗剪连接设计的最小长度取值即可,不必过长。ABAQUS有限元模型分析结果与试验结果吻合良好,可较好地模拟组合梁受力性能。提高双面组合作用连续梁下部混凝土板的强度,可有效提高组合梁的承载力和刚度,受力更合理。