十字型开孔钢板剪力键抗剪性能试验研究

为了加强大跨度钢-混凝土组合梁的界面黏结效果,结合实际工程的构造提出十字型开孔钢板剪力键。通过1组栓钉剪力键和3组十字型开孔钢板剪力键的推出试验,研究了其破坏模态及荷载-滑移曲线。结果表明：相近截面面积的十字型开孔钢板剪力键抗剪性能远高于栓钉剪力键,截面宽度和混凝土强度等级对十字型开孔钢板剪力键抗剪性能的影响最大;同时十字型开孔钢板剪力键的抗剪承载力随着开孔钢板厚度的增加而提高;抗剪刚度随着剪力键高度的增加有一定的提高。     

开孔板连接件受剪性能试验研究

开孔板连接件是钢-混凝土组合梁中常用的一种抗剪连接件。通过21个开孔板连接件试件在单调静力荷载作用下的推出试验,研究了开孔板的开孔直径、混凝土强度等级、孔中横向贯通钢筋的直径和数量等对开孔板连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载力等的影响。研究表明:开孔板连接件的荷载-滑移曲线(P-S曲线)大致可分为弹性阶段、塑性发展阶段和下降段;提高混凝土强度等级、增大开孔直径可提高开孔板连接件的受剪承载力,横向贯通钢筋直径由16mm增大至20mm时,试件的受剪承载力提高了21.8%,配置横向贯通钢筋2 16的试件受剪承载力比相应的未配置横向贯通钢筋的试件高19.1%;随着混凝土强度等级的提高,试件抗剪刚度增大,而开孔直径及横向贯通钢筋直径则对抗剪刚度无明显影响。最后,基于试验结果提出了开孔板连接件受剪承载力的计算方法。研究成果可为编制《钢-混凝土组合桥梁设计规范》提供依据和参考。     

PBL剪力键的疲劳性能试验研究

为研究PBL剪力键的疲劳性能,进行6组PBL剪力键试件的正交疲劳试验。试件基于EC4的标准推出试验构造,采用不同的疲劳荷载幅进行加载;测试开孔钢板、贯穿钢筋、混凝土板的应变,以及残余滑移量;得到PBL剪力键的疲劳破坏形态,疲劳荷载与疲劳寿命、残余滑移量之间的相对关系,以及PBL剪力键疲劳性能的影响因素。研究结果表明:PBL剪力键的疲劳性能优秀;所研究的试件,疲劳破坏形式皆为混凝土板的开裂;残余滑移量能表征PBL剪力键的疲劳损伤累积过程,根据残余滑移量的发展,可以将PBL剪力键的疲劳破坏过程分为3个阶段;根据疲劳试验结果,可以建立PBL剪力键的疲劳寿命与相对疲劳强度、疲劳荷载峰谷值之间的关系式;PBL剪力键的疲劳性能与混凝土强度、剪力键的构造尺寸(主要是开孔钢板孔径及厚度)等相关。     

钢-混凝土组合梁开孔波折板连接件受剪性能试验研究

通过12组不同参数的开孔波折板连接件试件进行单调加载受剪试验,研究了不同构造参数的连接件试件的破坏形态、荷载-滑移特性、构造参数对受剪承载力的影响,以及贯穿钢筋的应变、开孔波折板的von Mises应力随荷载的变化规律。研究结果表明：开孔波折板连接件的荷载-滑移曲线基本可分为无滑移阶段、弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;波高和混凝土强度对连接件的承载能力、抗剪刚度、滑移特性等影响显著;开孔波折板焊接边的von Mises应力大于自由边,折板段的von Mises应力大于平板段,开孔周边板的von Mises应力随荷载增加而增加;结构参数相同的试件,贯穿钢筋直径越小,其承担的剪力越大,连接件波高越大,贯穿钢筋承担剪力越小;与开孔板连接件相比,无贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了300%,设置贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了约200%。     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明:PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

GFRP肋式剪力连接件受力性能对比试验研究

剪力连接件是保证GFRP混凝土组合梁/板中两种不同材料共同工作的重要构造,设计了矩形肋和T形肋两类GFRP肋式剪力连接件,进行了3组共8个GFRP肋式剪力连接件的推出试验,包括:矩形肋开孔、T形肋开孔、T形肋不开孔3组GFRP肋式剪力连接件,得到了其破坏形态、极限承载力、荷载滑移曲线及荷载应变变化规律,重点研究肋内开孔及肋的截面形式对GFRP肋式剪力连接件受力性能的影响。试验结果表明:GFRP肋式剪力连接件的破坏形态均为混凝土劈裂破坏;对比矩形肋开孔试件,T形肋开孔试件强度高、延性好;对比T形肋不开孔试件,T形肋开孔试件强度与延性均能提高。基于试验结果,建立了考虑肋内开孔及肋截面形式影响的GFRP肋式剪力连接件极限承载力计算公式,拟合得到了GFRP肋式剪力连接件的荷载滑移曲线上升段的理论模型,建立了其抗剪刚度计算公式。     

以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁试验研究

为研究以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁的承载力和破坏机理,对花纹钢板-混凝土界面受剪试件进行了推出试验,对组合梁试件进行了受弯性能试验,分析了试件的破坏特征、应变分布和荷载-位移曲线。试验结果表明:扁豆型花纹钢板与混凝土界面的黏结强度介于光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土黏结强度之间,混凝土对钢板的包裹作用对界面黏结强度有重要影响;组合梁受弯性能试件的最大挠度达到L/45(L为组合梁跨度),呈现明显的延性破坏特征;钢梁-混凝土翼板处于良好的共同工作状态,达到完全抗剪组合承载力;组合梁抗弯刚度组合作用系数约为0.4,界面滑移对变形的影响不可忽略。根据试验结果,给出组合梁的钢-混凝土界面受剪承载力和界面抗剪刚度计算方法。     

钢-混凝土组合结构PBL剪力键疲劳损伤演化机理分析

为研究反复荷载作用下钢-混凝土组合结构PBL剪力键的疲劳损伤演变及破坏机理,以开孔直径、钢板厚度和贯穿钢筋直径为影响参数,设计3因素2水平的正交试验模型,完成6组24个PBL剪力键模型疲劳试验。以相对滑移量为指标,研究了PBL剪力键的疲劳破坏机理,建立了疲劳荷载与疲劳寿命之间S-N关系曲线,讨论了PBL剪力键构造参数和疲劳荷载对其疲劳性能的影响。     

基于波折开孔钢板连接件组合梁界面特性有限元分析

波折开孔钢板是一种新型剪力连接件.为了研究设置有波折开孔板连接件的组合梁的界面特性,对具有双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁进行了有限元模拟,分析计算了混凝土板与钢梁上翼缘交界面处的相对滑移及其分布规律、应变差及其分布规律、波折开孔板连接件及贯穿钢筋的受力情况.对比试验结果表明,波折开孔钢板连接件的抗滑移性能、抗...     

木-轻集料混凝土组合梁弯曲变形特性研究

将5组螺栓植入到木梁及轻集料混凝土中制备成组合梁试件。对组合梁在三分点进行弯曲加载,对加载过程中界面的相对滑移、应变及跨中挠度等特性进行测量。制备的组合梁试件抗弯性能,包括抗弯承载力、界面相对滑移、跨中截面应变及挠度等,都与螺栓的直径及其分布间距有关。螺栓直径大或者其分布间距较小时,组合梁试件抗弯过程中表现出较小的界面相对滑移,较窄的应变范围和较小的跨中挠度。螺栓直径为8 mm且螺栓分布间距为200 mm的组合梁比螺栓直径为12 mm、分布间距为150 mm的组合梁的界面最大相对滑移提高2. 8倍,截面最大应变提高3倍,跨中挠度提高2. 2倍。试验表明:组合梁试件断裂部位集中在木梁上,轻集料混凝土板侧面未产生贯穿的裂纹、混凝土板顶面未被剪切破坏,亦未见螺栓被剧烈拔出等破坏现象,组合梁试件破坏模式属于延性失效;组合梁上木材与轻集料混凝土相对滑移沿着纵向整体分布规律一致,表明螺栓剪力键能较好地进行剪力传递。     

开孔板式抗剪件受力性能试验研究

组合楼盖中钢与混凝土之间的剪力传递是通过设置在钢与混凝土之间的剪力连接件实现的。开孔板式抗剪件具有抗剪承载力大、抗疲劳性能好、施工简单的特点。根据剪力传递的方式设计出适用于建筑领域的开孔板式抗剪件。采用静力推出试验方法,通过11个模型试验,研究分析出该种抗剪板的破坏形态以及抗剪钢板厚度、高度、开孔直径、孔内钢筋直径、穿孔钢筋的有无等因素对抗剪板抗剪承载能力和抗滑移特征的影响。结果表明:该种抗剪件具有良好的力学性和经济性,特别是在开孔中穿钢筋时,可大幅度提高试件的抗剪承载力和延性性能。     

外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁试验研究

提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,为研究其受弯及滑移性能,进行了6根简支组合梁的静力加载试验,重点考察抗滑移连接度的变化对组合梁受力性能的影响,对试件的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和荷载-滑移分布曲线等进行了分析。试验结果表明,随着抗滑移连接度的降低,试件的抗弯承载能力和延性均随之降低;组合梁中纵筋的设置将有效提高组合梁的抗弯承载力和抗滑移连接度,使得发生弯曲破坏的组合梁延性降低,发生滑移破坏的组合梁延性提高;考虑外包花纹钢梁和混凝土之间的粘结滑移,给出了部分抗滑移连接外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁的极限受弯承载力计算公式,理论计算值与试验值吻合较好。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究

对3根足尺外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁进行受弯性能试验,获得试件的荷载-挠度曲线、应变沿梁跨中截面高度分布模式、钢板与混凝土间的滑移分布特征以及梁的破坏形态,并用有限元软件ABAQUS对组合梁进行了模拟,采用变参的分析方法研究了腹板混凝土和栓钉间距对组合梁性能的影响特征与变化规律。试验结果表明,组合梁的破坏形态为正截面弯曲受压破坏,外包钢未发生明显鼓曲及掀起变形,组合梁具有较高的安全储备、良好的延性和经济性。有限元分析结果表明,有限元建模分析方法准确可靠;腹板混凝土的存在可使组合梁极限承载力提高20%;随着栓钉间距的增大,刚度和极限承载力均减小,组合梁的破坏模式由正截面弯曲破坏转为纵向滑移破坏。     

T形肋开孔玻璃纤维增强材料抗剪键受力性能试验

为提高玻璃纤维增强材料GFRP与混凝土的界面黏结性能,提出了一种新型T形肋开孔GFRP抗剪键,可应用于受力复杂的组合梁、板设计。通过推出试验测试了这种新型抗剪键的基本力学性能,得到了其破坏形态、裂缝分布规律及荷载-相对滑移曲线。试验结果表明:界面出现滑移后,T形肋开孔GFRP抗剪键能提供较好的抗剪变形能力;最终混凝土突然出现剪切破坏,GFRP抗剪键基本完整;对于孔内无穿孔钢筋的T形肋开孔GFRP抗剪键呈现出与开孔钢板连接件相似的破坏机理,其承载力取决于左右两边混凝土块的抗剪能力与穿过T形肋孔洞的混凝土榫所提供的抗剪销栓力。基于试验得到的破坏机理建立了T形肋开孔GFRP抗剪键的极限承载力计算公式,计算结果表明:该公式具备足够的安全富余系数,可供工程设计参考。     

竹混凝土钢板连接件的抗剪性能试验研究

为研究竹混凝土组合结构开孔钢板连接件的力学性能,进行了竹混凝土开孔钢板剪力连接件的推出试验研究。结果表明:竹混凝土钢板连接件的典型破坏形态主要表现为开孔钢板屈服、混凝土部分剪切压溃、开孔钢板在竹材部分滑移几种模式,开孔钢板屈服大多发生在竹混凝土钢板连接件,竹混凝土钢板连接件的荷载-滑移曲线在峰值荷载之后,都能够维持较高的残余荷载值,荷载下降缓慢,无论是否配置贯穿钢筋,破坏模式都属于延性破坏,其界面滑移沿着界面高度分布均匀;竹混凝土钢板连接件的承载力由开孔钢板与竹材连接界面的承载力、开孔钢板与混凝土连接界面的承载力、界面处最薄弱截面开孔钢板的抗剪承载力三个方面决定,基于此建议了其承载力分析方法。     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能，以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数，共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析，研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明：所有试件均发生受弯破坏，且延性较好；荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段，跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定；组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定，推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。     

钢-混组合梁结合段PBL剪力键受力分析

钢-混组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构,其结合段通过PBL剪力键传递受力,是桥梁设计和计算的重点环节。目前对于PBL剪力键的受力计算尚无统一公式,只能在已有的试验基础上对其受力进行有限元分析,探讨PBL剪力键开孔钢板的抗剪承载力和破坏规律等,从而得出相应的荷载-滑移曲线,进而分析试验值、理论公式值和有限元值之间的差异。     

钢-混凝土组合梁中高强螺栓连接件的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓连接件在钢-预制混凝土组合梁中的抗剪性能,对11个高强螺栓连接钢-混凝土组合试件进行了推出试验,分析了预紧力、螺栓直径、预留孔洞大小和混凝土强度等参数对高强螺栓连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载能力的影响。试验结果表明:高强螺栓连接件的破坏形态为螺栓周围混凝土受压破坏和螺栓栓杆在钢梁和混凝土界面间的弯剪破坏。高强螺栓在加载过程中,同时受到剪力、弯矩和拉力的共同作用,螺栓栓杆受力较为复杂。高强螺栓连接件受剪承载力主要受螺栓直径、混凝土强度的影响,适当增大螺栓的直径、提高混凝土强度,可提高螺栓连接件的受剪承载力。高强螺栓预紧力越大,初始滑移荷载越大,但对试件的受剪承载力影响较小。     

开孔钢板连接件承载力试验研究

本次试验设计、制作了7组不同的孔内不设贯通钢筋的开孔钢板连接件试件共21个,完成了其极限承载力试验。在此基础上,研究分析了钢板孔径大小、圆孔间距、钢板厚度及混凝土强度等对连接件极限承载力的影响,提出了连接件极限承载力和滑移的计算公式,供连接件设计时参考。