钢-混凝土组合桥梁复合剪力连接件抗剪机理与力学性能研究

作     者：秦枭 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘来君

授予年度：2023年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢-混组合结构 剪力连接件 推出试验 钢-连续纤维复合筋 有限元分析 

摘      要：为了使钢-混凝土组合结构桥梁具有更大的跨越承载能力以及更优异的耐久性能,一些学者从提高结构中剪力连接件的性能入手,以传统栓钉剪力键与开孔钢板剪力键为基础,对剪力连接件开展着更加全面的探索与创新。据此,本文提出一种兼具栓钉剪力键与开孔钢板剪力键优点的复合剪力连接件,并考虑引入一种耐腐蚀、耐疲劳、抗拉性能优异的钢-连续纤维复合筋材(Steel-Fiber Composite Bar,SFCB)作为其贯穿钢筋。通过理论、试验与模拟相结合的方式,对所提出的复合剪力连接件抗剪机理以及静力力学性能进行研究,主要工作内容以及成果如下:(1)收集整理栓钉剪力键以及开孔钢板剪力键关于加载机理、破坏特征以及影响因素的相关文献,为后续复合剪力键的力学性能研究提供理论指导;在此过程中推导出贯穿钢筋抗剪承载作用与弯起角度间的数值计算关系,发现贯穿筋在承载过程中主要靠自身弯拉变形进行承载,初步证明将SFCB复合筋作为贯穿筋参与抗剪承载的可行性。(2)设计并开展了17个复合剪力键试件的静力推出试验,以研究栓钉布置形式、贯穿筋材质以及剪力部件数量对复合剪力键力学性能的影响情况。最后得到复合剪力键在传力机理、承载能力、荷载-滑移曲线变化方面的规律,总结出复合剪力键的力学性能整体上优于单一剪力键,且所提出的不同布置形式的复合剪力键皆具有自己的性能优势与适用范围。(3)建立了试验中所有推出试件的有限元模型。进一步明确了加载时,复合剪力键内部的受力情况,由此得出更为精确的复合剪力键传力机理,证明SFCB复合筋可用于抗剪构件进行承载。另外通过有限元的参数化分析,得出混凝土强度、栓钉与贯穿筋的直径增加均能够有效提高复合剪力键的极限承载能力。(4)根据试验与有限元分析结果,采用叠加法的思想来建立复合剪力键抗剪承载能力计算公式,期间根据数理统计分析方法引入可靠度系数并对其进行求解,最终得到不同布置形式的复合剪力键承载力计算公式,结果表明公式计算值与试验值差值较小,所得公式可用于同类复合剪力键的承载力预测。