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钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件滞回性能试验和数值模型分析

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钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件滞回性能试验和数值模型分析

作者：吕灵童青岛理工大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合结构是由剪力连接件将钢梁和混凝土板两种构件连接构成的一种新型组合结构,因其安全、经济、适用的优势并且可以充分利用混凝土受压和钢梁受拉的特性在工程上逐渐受到了广泛应用。随着经济发展,装配式建筑逐渐被应用到工程... 详细信息

钢-混凝土组合结构是由剪力连接件将钢梁和混凝土板两种构件连接构成的一种新型组合结构,因其安全、经济、适用的优势并且可以充分利用混凝土受压和钢梁受拉的特性在工程上逐渐受到了广泛应用。随着经济发展,装配式建筑逐渐被应用到工程中,装配式建筑因其节约能耗、保护环境、缩短建设工期、降低劳动力成本、减少建筑材料成本和施工不受季节影响等优点得到大力推广,装配式建筑极大地提高了社会经济效益和工程质量效益。在钢-混凝土组合结构中,剪力连接件的主要功能是将钢梁和混凝土板组合起来使二者可以有效地连接成一个整体,从而能够共同承受荷载作用,并且共同参与工作。虽然栓钉连接件的应用最为广泛,但是螺栓连接件因其易于安装和拆卸方便、力学性能优异的优点逐渐被广泛应用,并由此螺栓连接件的各种力学性能受到广泛关注。因此,本文针对钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件的滞回性能进行了推出试验和三维实体有限元模型分析,研究的主要内容和分析结果如下:(1)浇筑6个钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件现浇推出试件和6个钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件装配式推出试件进行低周循环加载试验,主要研究螺栓的埋入长度以及对推出试件施加不同的水平拉拔力对高强螺栓连接件的破坏形态、抗剪承载力、延性、刚度退化及能量耗散等力学性能的影响。研究结果表明,随着螺栓埋入长度的增大,高强螺栓连接件的抗剪承载力随之增大,但是水平拉拔力的存在会降低高强螺栓连接件的抗剪承载力,且水平拉拔力越大,抗剪承载力越低。(2)研究推出试件不同的浇筑方式对钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件的抗剪承载力、延性、刚度退化及能量耗散等力学性能的影响。分析表明,钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件现浇推出试件和钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件装配式推出试件的滞回曲线具有相同的走向趋势和相同的变化规律,装配式试件的力学性能和现浇试件的力学性能略有差别,但差别不显著。(3)采用ABAQUS有限元分析软件对钢-混凝土组合结构高强螺栓连接件的滞回性能进行三维实体有限元仿真与分析,模型考虑了钢梁、混凝土板、高强螺栓和钢筋等部件之间的接触关系,并通过推出试验验证有限元模型的准确性;在试验验证的基础上,分析推出试件受混凝土抗压强度、螺栓直径、螺栓抗拉强度和螺栓预紧力等不同参数作用影响的滞回曲线后发现,提高混凝土的抗压强度、增大螺栓直径以及提高螺栓的抗拉强度均会提高螺栓连接件的抗剪承载力,但螺栓预紧力大小对螺栓连接件抗剪承载力的影响不显著。

关键词：高强螺栓连接件组合结构推出试验有限元分析滞回性能

钢-混凝土组合梁高强螺栓连接件抗剪性能有限元分析

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钢-混凝土组合梁高强螺栓连接件抗剪性能有限元分析

作者：冷洪君山东科技大学

学位级别：硕士

抗剪连接件是保障钢-混凝土组合结构能够协同工作的重要组成元件,高强螺栓抗剪连接件由于自身具有可拆卸、受力性能好以及耐疲劳等优点,可以替代传统栓钉连接件应用到钢-混凝土组合结构中。但是目前国内外学者研究较多的是栓钉抗剪连接... 详细信息

抗剪连接件是保障钢-混凝土组合结构能够协同工作的重要组成元件,高强螺栓抗剪连接件由于自身具有可拆卸、受力性能好以及耐疲劳等优点,可以替代传统栓钉连接件应用到钢-混凝土组合结构中。但是目前国内外学者研究较多的是栓钉抗剪连接件,对于高强螺栓抗剪连接件的研究还较少,少有关于其抗剪承载力的影响因素分析,已有研究也多集中于混凝土受压状态下的推出试验,并没有针对混凝土受拉状态时抗剪连接件的力学性能进行系统研究,且国内外规范和学者并没有给出钢-混凝土组合结构中高强螺栓的抗剪承载力公式。为研究高强螺栓抗剪连接件承载力的影响因素,本文采用ABAQUS有限元软件作为研究工具对单调静力推出试验进行模拟,在进行试验验证的基础上,探讨了不同影响因素下螺栓的抗剪承载力,本文所做的主要工作如下:（1）本文对已有推出试验进行了有限元分析,将数值计算结果与推出试验结果进行比较,发现数值计算结果与已有的推出试验结果峰值荷载误差较小,证明了本文建立的有限元模型的准确性和适用性。（2）通过ABAQUS软件建立高强螺栓连接件推出试验有限元模型,探讨螺栓强度、螺栓直径、混凝土强度、螺栓预紧力和钢梁预留孔隙对螺栓抗剪连接件的影响。研究表明:增大螺栓连接件的直径、强度和混凝土强度能够有效地提高螺栓的抗剪承载力;钢梁预留孔隙增大不能提高螺栓抗剪承载力,反而会造成承载力下降,滑移量上升;提高螺栓的预紧力仅可以提高螺栓与钢梁的摩擦力,并不能提高螺栓连接件的抗剪承载力。（3）采用ABAQUS软件建立反向推出模型,研究混凝土受拉区螺栓抗剪连接件的承载力,考虑了螺栓直径与混凝土强度的影响因素。数值分析表明,螺栓直径是抗剪承载力的主要影响因素,而混凝土强度对螺栓抗剪承载力的影响较小。在混凝土开裂前,混凝土受拉与受压状态中的螺栓承载力没有明显的区别,混凝土受拉状态下的破坏形式均为混凝土开裂破坏。（4）提出螺栓抗剪连接件承载力的建议公式,通过各国学者提出的建议公式进行比较,结果表明,所建立的计算公式可以作为螺栓抗剪连接件极限承载力的研究参考依据。

关键词：组合结构高强螺栓连接件有限元分析

基于高强螺栓连接的装配式组合梁推出试验研究

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土木工程 2024年第1期13卷 19-28页

作者：李慕纯罗许国湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭

为适应装配式建筑的发展需求,并实现钢–混组合梁的快速装配化,提出了一种基于高强螺栓连接的装配式组合梁,混凝土板和钢梁可在工厂预制,剪力连接件由高强螺栓和钢盖板组成,通过焊接在钢梁上的凹槽导轨将螺栓滑入到导轨中的指定位置,最... 详细信息

为适应装配式建筑的发展需求,并实现钢–混组合梁的快速装配化,提出了一种基于高强螺栓连接的装配式组合梁,混凝土板和钢梁可在工厂预制,剪力连接件由高强螺栓和钢盖板组成,通过焊接在钢梁上的凹槽导轨将螺栓滑入到导轨中的指定位置,最后灌入CGM高强无收缩灌浆料,从而完成钢–混凝土组合梁的装配。为研究该高强螺栓剪力连接件的抗剪性能,设计了两个推出试件,通过推出试验对其抗剪性能进行研究,观察试验中试件的破坏形态、荷载–滑移曲线、以及荷载作用下混凝土板的横向分离量。试验和分析结果表明:试件在高强螺栓连接件作用下呈现出良好的组合作用、试件破坏形态为二次灌浆混凝土的局部压溃;横向布置的钢筋在试件抗剪过程中发挥了一定作用;随着混凝土翼板横向分离量的增大,试件的抗剪性能逐渐减弱。可参照我国现行《钢结构设计标准》(GB50017-2020)对该高强螺栓的抗剪承载力进行计算。

关键词：钢–混凝土组合梁抗剪性能推出试验高强螺栓连接件

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装配式腹板开洞组合梁受力性能试验研究

低温建筑技术 2024年第6期46卷 128-131页

作者：崔晓江邴鹏王建涛潍坊职业学院基建处山东潍坊261108 潍坊昌大建设集团有限公司山东潍坊261205

为研究高强螺栓连接腹板开洞组合梁的受力性能,文中以高强螺栓间距为变化参数,对3根装配简支组合梁试件进行了跨中单调集中加载试验。研究包括高强螺栓在组合梁装配中的受力表现、试件极限承载力、试件的破坏形态及其变形特征。结果表... 详细信息

为研究高强螺栓连接腹板开洞组合梁的受力性能,文中以高强螺栓间距为变化参数,对3根装配简支组合梁试件进行了跨中单调集中加载试验。研究包括高强螺栓在组合梁装配中的受力表现、试件极限承载力、试件的破坏形态及其变形特征。结果表明高强螺栓连接的组合梁试件破坏形态为典型的剪切破坏;螺栓间距对装配式组合梁的整体刚度有较大影响,高强螺栓布置的间距越小,组合梁的组合作用越强,整体刚度也越大,破坏时变形小;高强螺栓的预紧力和螺栓孔容差对组合梁的荷载-滑移性能也有较大影响。研究可为洞口上方高强螺栓连接件的设计、施工以及加固补强提供参考。

关键词：装配式组合梁高强螺栓连接件腹板开洞

采用高强度螺栓连接件的钢-混凝土组合梁力学性能研究

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工业建筑 2021年第9期51卷 121-126页

作者：盛永军浙江交工集团股份有限公司杭州310051

为研究高强度螺栓作为抗剪连接件的钢-混凝土组合梁力学性能,通过改变高强螺栓的布置间距,对4根组合梁试件进行单点静力加载。由试验得到荷载-挠度曲线、荷载-滑移曲线和沿截面高度的应变分布曲线,进而分析端部螺栓间距和预紧力两个变... 详细信息

为研究高强度螺栓作为抗剪连接件的钢-混凝土组合梁力学性能,通过改变高强螺栓的布置间距,对4根组合梁试件进行单点静力加载。由试验得到荷载-挠度曲线、荷载-滑移曲线和沿截面高度的应变分布曲线,进而分析端部螺栓间距和预紧力两个变量对组合梁抗弯承载力、初始刚度、横截面应变分布的影响。试验结果表明:集中荷载作用下,试验梁为典型弯曲破坏;减小端部螺栓布置间距可以提高组合梁的承载力及初始刚度;而提高预紧力也可提高组合梁初始刚度,但对极限承载力影响较小。

关键词：高强螺栓连接件钢-混凝土组合梁荷载-滑移曲线承载力初始刚度

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冷弯薄壁型钢高强螺栓连接剪力传递性能研究

工程与建设 2022年第1期36卷 16-19页

作者：刘浩丁凤鸣朱华周安合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 安徽寰宇建筑设计院安徽合肥230009

文章以28个薄壁钢板高强螺栓连接件作为试验对象,研究高强螺栓连接件在不同螺栓预紧力、直径、排列方式、钢板厚度以及不同螺栓数量下的工作状况及破坏状态,分析各参数对连接件短钢板上剪力传递值的影响。研究结果表明:对于高强螺栓连接... 详细信息

文章以28个薄壁钢板高强螺栓连接件作为试验对象,研究高强螺栓连接件在不同螺栓预紧力、直径、排列方式、钢板厚度以及不同螺栓数量下的工作状况及破坏状态,分析各参数对连接件短钢板上剪力传递值的影响。研究结果表明:对于高强螺栓连接件,螺栓排列方式不是重要影响因素,其剪力传递值随着螺栓数量、螺栓直径、螺栓间距的增大而非线性增加,同时还具有“群体折减效应”。

关键词：冷弯薄壁型钢结构高强螺栓连接件剪力传递值螺栓预紧力

铰接型装配式框锚结构节点受力特性及抗剪性能研究

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铰接型装配式框锚结构节点受力特性及抗剪性能研究

作者：周勤伟长沙理工大学

学位级别：硕士

针对当前广泛应用的框架梁锚固边坡支护结构在设计与施工方面存在的一系列问题,课题组研发了新型铰接型装配式框锚结构,并通过结构内力计算、室内模型试验等手段验证了结构的安全可靠性。但是,相较于传统刚性现浇框锚结构,已有研究未能... 详细信息

针对当前广泛应用的框架梁锚固边坡支护结构在设计与施工方面存在的一系列问题,课题组研发了新型铰接型装配式框锚结构,并通过结构内力计算、室内模型试验等手段验证了结构的安全可靠性。但是,相较于传统刚性现浇框锚结构,已有研究未能明确新型支护结构的现场施工特点和优势,且未开展支护边坡在自然环境中的长期健康监测。作为结构的关键节点,铰接处采用高强螺栓与混凝土形成节点连接件,共同承受剪力作用。然而,目前缺乏对该节点连接件抗剪性能的综合评价研究。本文结合贵州省贵黄高速公路K87段路堑高边坡支护工程,进行支护稳定性分析与现场施工、监测应用研究,并对结构铰接处高强螺栓连接件的抗剪性能开展深入研究,明确关键节点工作状态的力学特性。本文的主要研究内容和成果如下:(1)基于工程概况,对不同锚固参数边坡进行稳定性分析与参数影响分析,发现边坡安全系数受设计锚固力与锚固间距的影响较大。通过对现场施工流程的总结和各环节的统计计算,证明新型框锚结构施工简便高效,在时间、人物、安全、经济、环境等方面均比传统结构具有不同程度的优势。(2)在现场建立了自动化边坡监测系统,实现长期支护状态的边坡变形与结构受力的实时观测,评价新型框锚结构与传统结构支护效果的优劣。数据分析结果显示,在环境因素(温度、降雨等)影响下,新型框锚结构对边坡位移的支护效果与传统结构相当,且具有更小的锚杆和框架梁内力,达到了柔性结构优化结构受力的效果。(3)针对新型框锚结构铰接处关键节点的抗剪性能,考虑螺栓直径、性能等级、预紧力度等因素,开展了高强螺栓节点连接件的剪切试验和数值模拟研究。试件破坏现象分析表明,与混凝土强度匹配较好的高强螺栓在受剪过程中性能发挥更充分。荷载-滑移曲线揭示了试件的不同变形与受力阶段。抗剪性能指标计算结果表明,初始滑移荷载和初始剪切刚度主要受螺栓直径和预紧度的影响,且与参数基本呈正相关;抗剪承载力与螺栓直径和性能等级正相关,受预紧度变化影响不大;剪切刚度退化程度与螺栓直径负相关,与预紧度正相关。以数值模拟中的螺栓变形滑移代替试件整体滑移进行连接件抗剪性能的计算与评价具有合理性。

关键词：框锚支护结构现场施工边坡监测节点抗剪性能高强螺栓连接件

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冷弯薄壁型钢高强螺栓连接剪力传递性能研究

冷弯薄壁型钢高强螺栓连接剪力传递性能研究

作者：刘浩合肥工业大学

学位级别：硕士

对既有冷弯薄壁型钢结构增设型钢,是基于增大截面面积理论的一种加固方法。新旧冷弯薄壁型钢能否协同工作,取决于两者是否连接紧密,即既有冷弯薄壁型钢受到的荷载是否可以有效的传递到新增的冷弯薄壁型钢上。对于实际待加固构件,本文提... 详细信息

对既有冷弯薄壁型钢结构增设型钢,是基于增大截面面积理论的一种加固方法。新旧冷弯薄壁型钢能否协同工作,取决于两者是否连接紧密,即既有冷弯薄壁型钢受到的荷载是否可以有效的传递到新增的冷弯薄壁型钢上。对于实际待加固构件,本文提出采用高强螺栓的连接方式来实现剪力的传递。但在加固设计计算时,采用何种厚度的板材、何种规格的螺栓以及单颗螺栓所能传递的剪力值大小等问题,并没有相关研究及规范给出。本文以冷弯薄壁型钢高强螺栓连接件作为研究对象,对28个连接件进行拉伸试验。通过观察各参数下连接件的破坏形态,以及对各连接件荷载-应变曲线的分析,探讨加固钢板上的剪力传递值大小及其影响因素。试验结果表明:对于提高加固钢板上的剪力传递值,连接件的螺栓排列方式、加固钢板的厚度不是重要影响因素;螺栓预紧力对其有较大影响,当螺栓预拉力小于0.8 P时,剪力传递性能增长幅度较低,当螺栓预拉力大于0.8 P小于P时,剪力传递性能增长幅度较大,当螺栓预拉力大于P时,剪力传递性能又开始逐渐降低;且剪力传递值随螺栓数量、螺栓直径的增大而非线性增加,同时具有“群体折减效应”。在拉伸试验的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,通过与试验的结果进行比较,验证了试验的正确性;同时利用数值分析,增加螺栓间距、待加固钢板厚度两个参数,进一步探究他们与剪力传递值之间的关系。分析结果表明:当3D≤S≤4D(其中S为连接螺栓间距;D为连接螺栓直径),加固钢板的剪力传递值随螺栓间距的增大而增加;待加固钢板的厚度对加固钢板上剪力传递值有很大影响,剪力传递值随厚度的增加而线性增长。最后,结合试验与有限元变参数分析结果,对连接件的加固钢板上的剪力传递值提出了建议性的设计计算公式和一些实际加固工程中的构造建议。

关键词：高强螺栓连接件螺栓预紧力有限元分析剪力传递值设计方法

螺栓连接钢-UHPC组合梁负弯矩区抗弯有限元分析

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市政技术 2020年第4期38卷 84-88页

作者：翟佳蔡书坤霍文斌刘立宁北京路桥瑞通养护中心有限公司北京100097 中建三局房地产开发有限公司湖北武汉430070 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 广东省建筑设计研究院广东广州510102

为分析高强螺栓连接件对钢-UHPC组合梁抗弯性能的影响,采用Abaqus有限元软件建立11组钢-UHPC组合梁非线性分析模型,研究钢梁上翼缘不同开口孔径、螺栓预紧力条件下钢-UHPC组合梁的刚度、抗裂性以及变形能力。结果表明:钢梁上翼缘开孔直... 详细信息

为分析高强螺栓连接件对钢-UHPC组合梁抗弯性能的影响,采用Abaqus有限元软件建立11组钢-UHPC组合梁非线性分析模型,研究钢梁上翼缘不同开口孔径、螺栓预紧力条件下钢-UHPC组合梁的刚度、抗裂性以及变形能力。结果表明:钢梁上翼缘开孔直径对组合梁刚度有影响且在一定范围内,开孔直径与螺栓杆直径差越大,组合梁抗裂性越好;螺栓预紧力越大,组合梁的延性与转动能力越小。

关键词：高强螺栓连接件负弯矩钢-UHPC组合梁 Abaqus