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基于PBL-栓钉组合剪力键的钢-UHPC组合桁式拱桥节点拉拔性能研究

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桥梁建设 2022年第1期52卷 33-40页

作者：邵旭东陈玉宝何广赵旭东湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082

为研究概念设计的1000 m钢-UHPC组合桁式拱桥新结构中拱肋-腹杆节点构造形式、UHPC强度对节点拉拔性能的影响,及新型PBL-栓钉组合剪力键应用于拱肋-腹杆节点的有效性,设计制作缩尺比为1∶5的4种采用不同剪力键形式(1对PBL剪力键+2排栓钉... 详细信息

为研究概念设计的1000 m钢-UHPC组合桁式拱桥新结构中拱肋-腹杆节点构造形式、UHPC强度对节点拉拔性能的影响,及新型PBL-栓钉组合剪力键应用于拱肋-腹杆节点的有效性,设计制作缩尺比为1∶5的4种采用不同剪力键形式(1对PBL剪力键+2排栓钉、2对PBL剪力键+3排栓钉、2对PBL剪力键、3排栓钉)的拱肋-腹杆节点模型进行拉拔试验,并进行缩尺、足尺模型有限元分析。试验和缩尺有限元分析结果表明:采用PBL-栓钉组合剪力键、仅采用PBL剪力键、仅采用栓钉的拉拔试件的破坏模式分别为UHPC拱肋剪切破坏、锚固区UHPC拔出、栓钉拉断;采用PBL-栓钉组合剪力键的试件最大安全系数为2.43,满足设计要求。根据足尺有限元模型结果,采用PBL-栓钉组合剪力键的拱肋-腹杆节点总用钢量少,拉拔性能好,设计合理;UHPC的抗压强度对节点的拉拔性能影响不大;适当提高UHPC的抗拉强度可提高节点的拉拔极限承载力。

关键词：钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋-腹杆节点 PBL剪力键栓钉组合剪力键拉拔试验抗拔性能有限元法

钢-UHPC组合板栓钉抗剪承载力、滑移与刚度计算

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工程力学 2023年第6期40卷 110-121页

作者：李聪陈宝春胡文旭苏家战广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 福州大学土木工程学院福建福州350108 桥梁技术创新与风险防治国家级国际联合研究中心福建福州350108

钢-Ultra-high performance concrete(UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用,栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能,开展了6个栓钉抗剪推出试验,收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移... 详细信息

钢-Ultra-high performance concrete(UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用,栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能,开展了6个栓钉抗剪推出试验,收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移预测模型和10种抗剪刚度计算方法,根据试验结果分别进行计算分析。试验结果表明:所有试件中的栓钉均表现为焊缝与根部交界处剪断,UHPC板除在栓钉根部位置出现局部破损外,基本保持完好;栓钉的抗剪滑移曲线经历弹性、弹塑性和下降3个阶段;所有试件最大滑移量均小于3.5 mm,可取0.1 mm作为弹性极限滑移量。计算结果表明:现有部分规范计算UHPC中栓钉抗剪承载力时不考虑焊缝影响,计算结果偏低,根据该文2组试验数据和收集29组有效数据,提出考虑焊缝影响的计算式,建议UHPC中栓钉焊缝贡献系数取1.1;不同抗剪滑移模型预测结果差异大,建议采用反比例函数形式的模型预测,较为精确;栓钉的抗剪刚度取值由于未考虑栓钉实际处于受力状态,计算结果差异大,建议取滑移量0.1 mm对应的刚度作为弹性抗剪刚度;建立了栓钉抗剪滑移模型与抗剪刚度的关系式,在缺少试验数据时可为近似计算提供参考。

关键词： Ultra-high performance concrete 栓钉抗剪承载力滑移模型抗剪刚度焊缝系数破坏模式

钢-UHPC组合桥面板中焊接栓钉的疲劳性能及设计布置方法

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中国公路学报 2023年第6期36卷 107-122页

作者：史占崇苏庆田陈亮同济大学土木工程学院上海200092 上海高性能组合结构桥梁工程技术研究中心上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

钢-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)组合桥面板中焊接栓钉在实现UHPC层协助正交异性钢桥面板受力进而缓解疲劳开裂方面发挥着重要作用。为探究组合桥面板中栓钉的疲劳性能,开展了钢-UHPC组合桥面板足尺节段梁式... 详细信息

钢-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)组合桥面板中焊接栓钉在实现UHPC层协助正交异性钢桥面板受力进而缓解疲劳开裂方面发挥着重要作用。为探究组合桥面板中栓钉的疲劳性能,开展了钢-UHPC组合桥面板足尺节段梁式疲劳试验,揭示了栓钉的疲劳破坏模态。基于梁式疲劳试验结果,分别采用线性回归法及考虑溜号样本影响的极大似然法建立了栓钉抗剪S-N曲线,并与UHPC层中栓钉推出疲劳试验的S-N曲线进行了对比。探讨了现有设计规范中栓钉抗剪S-N曲线与所建立的S-N曲线的差异。针对混凝土材料性能对栓钉疲劳性能的影响,提出了可量化该影响因素的栓钉抗剪统一的S-N曲线。研究结果表明:疲劳破坏发生在栓钉-钢顶板焊接热影响区附近;破坏模态可分为单一型模态及复合型模态,破坏模态不受混凝土材料性能、试验方法(梁式试验或推出试验)及栓钉几何尺寸的影响。基于极大似然法具有95%存活率的S-N曲线略高于线性回归法,且2种方法200万次疲劳寿命对应的抗剪疲劳强度分别为162、158 MPa,远高于推出疲劳试验值103 MPa。现有设计规范在应用于钢-UHPC组合桥面板栓钉的设计时过于保守。根据栓钉抗剪统一的S-N曲线得到的200万次疲劳寿命对应的抗剪疲劳强度与试验值的偏差在10%以内,证明了该曲线具有较好的预测精度。此外,基于组合作用及栓钉抗疲劳2个控制条件,提出了钢-混组合桥面板中栓钉的设计布置方法;该方法可考虑U肋几何尺寸、横隔板间距及混凝土力学性能的影响,并给出了计算实例。

关键词：桥梁工程 S-N曲线足尺疲劳试验栓钉钢-UHPC组合桥面板

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栓钉与拉结筋对圆钢管混凝土黏结性能的影响

华中科技大学学报（自然科学版） 2020年第6期48卷 113-118页

作者：董宏英陈学鹏曹万林北京工业大学建筑工程学院北京100124

为研究栓钉与拉结筋构造对圆钢管与高强混凝土黏结-滑移性能的影响,设计了15个大尺寸圆钢管高强混凝土试件并进行了推出试验.钢管内部采用无构造、栓钉、拉结筋等构造措施,核心区混凝土采用C60和C70普通混凝土或C60再生混凝土.通过推出... 详细信息

为研究栓钉与拉结筋构造对圆钢管与高强混凝土黏结-滑移性能的影响,设计了15个大尺寸圆钢管高强混凝土试件并进行了推出试验.钢管内部采用无构造、栓钉、拉结筋等构造措施,核心区混凝土采用C60和C70普通混凝土或C60再生混凝土.通过推出力、滑移位移和钢管应变,分析了不同参数对黏结性能的影响,阐述了滑移破坏全过程的作用机理,并给出了栓钉与拉结筋构造抗剪承载力的计算方法和界面本构关系.结果表明:采用栓钉构造与拉结筋构造可大幅度提高黏结强度和耗能能力,无构造措施下钢管再生混凝土的黏结性能比同强度普通混凝土更好,提出的栓钉与拉结筋抗剪计算方法与试验结果符合较好.

关键词：钢管混凝土黏结性能栓钉拉结筋高强混凝土推出试验

阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型节点足尺模型疲劳性能研究

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土木工程学报 2022年第2期55卷 31-49,72页

作者：吴庆雄郑樵风陈康明中村聖三吴志添福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116 福州大学工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116 长崎大学日本长崎852-8521

为研究阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型(CFST KS)节点疲劳性能,进行CFST KS节点和不布设内栓钉的钢管混凝土K型节点(CFST K)足尺模型的疲劳试验和有限元研究,对比分析了2种节点的热点应力分布、疲劳裂纹扩展过程和疲劳破坏模式,研究了... 详细信息

为研究阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型(CFST KS)节点疲劳性能,进行CFST KS节点和不布设内栓钉的钢管混凝土K型节点(CFST K)足尺模型的疲劳试验和有限元研究,对比分析了2种节点的热点应力分布、疲劳裂纹扩展过程和疲劳破坏模式,研究了内栓钉布设区域与排布方式对热点应力的影响,采用基于热点应力的S-N曲线探讨疲劳寿命的判定标准与疲劳寿命评价方法。结果表明:CFST KS节点的热点应力宜采用3点外插法计算,最大热点应力位于冠点处;CFST KS节点的疲劳性能演化过程可以分为疲劳裂纹的萌生、扩展和破坏三个阶段,CFST KS节点较CFST K节点在裂纹扩展阶段荷载反复次数更高,在裂纹破坏阶段疲劳裂纹的扩展速率更低,由于布设了内栓钉,疲劳裂纹扩展至鞍点附近后不再继续沿着相贯线方向扩展,而往主管环向且与主管轴线呈一定角度发展;建议采用CFST K节点冠点应变峰值变化15%对应的荷载反复次数作为疲劳破坏的判定基准;提出了基于热点应力的CFST K节点疲劳设计S-N曲线,并依据S-N曲线预测在同等热点应力幅下,布设内栓钉可以使CFST K节点的疲劳寿命提高45%;减少支管侧内栓钉的轴向间距和径向间距可以提高节点的疲劳性能,非支管侧的栓钉布置、栓钉的尺寸以及栓钉的轴向布置范围对疲劳性能的影响较小,栓钉的轴向布置范围对栓钉自身的受力状态有所影响;基于CFST KS节点静力与疲劳性能提出了内栓钉的合理布置形式。

关键词：钢管混凝土K型节点栓钉疲劳性能试验热点应力应力集中系数疲劳寿命

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栓钉剪力连接件疲劳寿命预测模型研究与分析

栓钉剪力连接件疲劳寿命预测模型研究与分析

作者：田润安中南大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合结构作为一种新型结构,与钢筋混凝土结构和钢结构相比有着施工、经济性等方面的优点,因此被广泛应用于桥梁结构领域,发展和应用前景十分广阔。剪力连接件是保证钢-混凝土组合梁组合作用充分发挥的关键部件,同时也是钢-混... 详细信息

钢-混凝土组合结构作为一种新型结构,与钢筋混凝土结构和钢结构相比有着施工、经济性等方面的优点,因此被广泛应用于桥梁结构领域,发展和应用前景十分广阔。剪力连接件是保证钢-混凝土组合梁组合作用充分发挥的关键部件,同时也是钢-混凝土组合梁抗疲劳的一个重要因素。而栓钉是钢-混凝土组合梁中较为常见的剪力连接件形式,已有试验研究表明,钢-混凝土组合梁的疲劳破坏大多是由栓钉的疲劳破坏造成的。综上所述,对钢-混凝土组合梁中栓钉的疲劳寿命进行研究,从而减少结构疲劳破坏带来的危害是十分重要的。本文依托国家自然科学基金项目,通过数值模拟研究栓钉的疲劳寿命影响因素,并基于损伤力学和可靠性理论对栓钉疲劳寿命预测模型展开分析,本文的主要研究工作总结如下:(1)基于已有的栓钉疲劳试验数据,对国内外典型栓钉疲劳寿命预测模型进行了精度研究与分析,研究结果表明:基于断裂力学的栓钉疲劳寿命预测典型模型的预测精度较高,且考虑因素较全面。(2)应用ABAQUS软件,建立了栓钉推出试验构件的有限元模型,依据课题组已完成试验数据对有限元模型进行了验证;将该有限元模型导入疲劳分析软件FE-SAFE中,对栓钉疲劳寿命的主要影响因素展开研究,研究结果表明:应力幅、应力比、栓钉规格、混凝土等级和栓钉抗拉强度对栓钉疲劳寿命都有不同程度的影响,其中应力幅和应力比对栓钉疲劳寿命影响较大。(3)结合栓钉的服役状态,应用损伤力学理论对栓钉疲劳损伤过程进行了描述分析,推导了基于损伤力学的栓钉疲劳寿命预测模型,通过算例验证了本文推导的预测模型,并与典型模型进行了精度对比,对比结果表明,基于损伤力学的栓钉疲劳寿命预测模型精度较典型疲劳寿命预测模型高,且疲劳寿命预测结果相对保守。同时基于本文推导的栓钉疲劳寿命预测模型分析了各因素对栓钉疲劳寿命的影响规律,分析结果与有限元分析基本吻合较好。(4)针对疲劳寿命随机性强、离散性大的特点,引入相关概率统计方法对栓钉疲劳寿命预测模型的可靠性展开分析。为解决栓钉疲劳试验样本量小的问题,应用蒙特卡洛法模拟抽样来增加样本量以达到更合理地概率统计结果;研究分析了极大似然估计法和随机疲劳法对栓钉疲劳寿命预测模型可靠性分析的差异;提出了一种基于概率损伤变量的栓钉疲劳寿命预测模型的可靠性方法,可靠性分析结果为各类预测模型在实际工程中的应用提供了参考。图60幅,表32个,参考文献123篇

关键词：钢-混凝土组合梁栓钉损伤力学疲劳寿命预测可靠性分析

ECC桥面板中栓钉抗剪性能试验研究与数值分析

同方学位论文库评论

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西南交通大学学报 2023年

作者：刘益铭张清华卜一之青岛理工大学土木工程学院西南交通大学土木工程学院

为研究栓钉在纤维增强水泥基复合材料（engineered cementitious composites， ECC）中的抗剪性能，开展了模型试验研究与有限元数值分析。基于推出模型试验，明确了ECC中栓钉的破坏模式，随后通过参数化有限元数值分析，进一步阐明栓... 详细信息

为研究栓钉在纤维增强水泥基复合材料（engineered cementitious composites， ECC）中的抗剪性能，开展了模型试验研究与有限元数值分析。基于推出模型试验，明确了ECC中栓钉的破坏模式，随后通过参数化有限元数值分析，进一步阐明栓钉直径、栓钉长径比、栓钉抗拉强度、ECC抗压强度对连接件抗剪性能及其失效模式的影响规律，并在上述研究的基础上，建立适用于ECC中栓钉抗剪承载力的计算方法。研究表明：ECC中栓钉的抗剪强度与推出模型的失效模式紧密相关，当推出模型的破坏模式表现为ECC压溃时，连接件的抗剪强度取决于ECC的抗压性能；当推出模型的破坏模式表现为栓钉剪断时，连接件的抗剪强度取决于栓钉的抗拉强度与ECC的抗压性能；提高ECC的抗压强度与减小栓钉长径比均有利于提升连接件的抗剪刚度，然而栓钉的抗拉强度对连接件的抗剪刚度影响较小；当栓钉长径比小于4.6时，栓钉抗剪强度随长径比的减小有所降低，建议采用长径比大于4.6的栓钉作为钢梁与ECC桥面板的剪力连接件。

关键词：桥梁工程栓钉推出试验抗剪性能纤维增强水泥基复合材料

钢-压型钢板混凝土组合梁栓钉承载力研究综述

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建筑钢结构进展 2022年第11期24卷 12-23,55页

作者：许兰兰胡夏闽江苏开放大学建筑工程学院南京210036 南京工业大学土木工程学院南京211816

近年来,随着装配式施工的推广,钢-混凝土组合结构的应用越来越广泛。钢-压型钢板混凝土组合梁是组合结构中的常用构件。钢-压型钢板组合梁是通过抗剪连接件将钢梁与压型钢板混凝土组合楼板连接成一个共同工作的整体结构构件,组合梁中通... 详细信息

近年来,随着装配式施工的推广,钢-混凝土组合结构的应用越来越广泛。钢-压型钢板混凝土组合梁是组合结构中的常用构件。钢-压型钢板组合梁是通过抗剪连接件将钢梁与压型钢板混凝土组合楼板连接成一个共同工作的整体结构构件,组合梁中通常采用栓钉作为抗剪连接件。因此,对钢-压型钢板混凝土组合梁栓钉连接件的受剪承载力进行准确评估和计算具有重要的工程应用价值。为了获得较理想的栓钉连接件受剪承载力计算模型,对国内外压型钢板组合梁栓钉连接件承载力的研究进行了综述,并收集了相关推出试验的数据,对几种典型的具有代表性的公式计算结果进行了比较,通过对比较结果的分析,明确了影响栓钉承载力的重要因素,指出了目前各个计算公式中存在的问题和不足,同时提出了进一步的研究建议。

关键词：压型钢板组合梁栓钉抗剪承载力推出试验

无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙平面外抗冲击性能有限元分析

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振动与冲击 2021年第9期40卷 166-174页

作者：朱立猛高晓飞张春巍青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

为研究无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙在平面外冲击荷载作用下的力学性能,基于ABAQUS软件建立有限元模型并利用已有试验验证该模型的有效性,在此基础上分析了冲击质量、冲击能量、轴压比、截面形式等参数对该组合剪力墙抗冲击... 详细信息

为研究无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙在平面外冲击荷载作用下的力学性能,基于ABAQUS软件建立有限元模型并利用已有试验验证该模型的有效性,在此基础上分析了冲击质量、冲击能量、轴压比、截面形式等参数对该组合剪力墙抗冲击能力的影响,获得其破坏模式。结果表明:冲击能量相同时,墙体耗散的能量随着冲击质量的增加而增加;冲击质量相同时,冲击能量的变化能够影响墙体各部件的吸能比;较小的轴压比对墙体抗冲击性能有利,设计时可不考虑轴压比参数,结果偏于安全;墙体端部槽钢开口向内较开口向外其抗冲击性能略有提升;含对拉螺栓的墙体抗冲击性能优于含交错栓钉的墙体。结合有限元分析结果,基于冲击作用下梁的塑性位移计算方法,推导出该组合剪力墙在面外冲击荷载作用下的塑性位移计算公式,计算结果与有限元分析结果吻合较好。

关键词：无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙对拉螺栓冲击荷载轴压比端部槽钢栓钉