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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

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-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

ECC桥面板中栓钉抗剪性能试验研究与数值分析

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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

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抗拔栓钉剪力连接件上覆混凝土厚度研究

建筑结构 2022年第S2期52卷 981-986页

作者：徐伟吕伟荣龙万里赵思钛戚菁菁吴记东湖南科技大学湘潭411201

钢-混凝土组合梁中栓钉剪力连接件的受力状态不同,风力机基础中栓钉剪力连接件需承受较大的上拔荷载,若顶层栓钉上覆混凝土厚度不足,极有可能发生混凝土的冲切破坏,而非预想的栓钉剪断破坏。为此,基于冲切破坏理论,建立了抗拔栓钉剪力... 详细信息

钢-混凝土组合梁中栓钉剪力连接件的受力状态不同,风力机基础中栓钉剪力连接件需承受较大的上拔荷载,若顶层栓钉上覆混凝土厚度不足,极有可能发生混凝土的冲切破坏,而非预想的栓钉剪断破坏。为此,基于冲切破坏理论,建立了抗拔栓钉剪力连接件上覆混凝土厚度分析模型,提出了不同混凝土强度等级的顶层栓钉最小上覆混凝土厚度计算公式。建立了栓钉剪力连接件拔出有限元分析模型,通过与试验结果进行比对,验证了有限元分析方法的有效性。通过不断增加栓钉上覆混凝土厚度,有限元模型可依次模拟出混凝土冲切破坏到栓钉根部塑性破坏,结合理论计算结果和实际工程情况,提出了栓钉上覆混凝土最小厚度值,可供实际工程选用。

关键词：栓钉剪力连接件冲切破坏受剪承载力拔出受力数值模拟

钢-正交胶合木组合梁浆锚栓钉连接件抗剪性能

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建筑结构学报 2023年

作者：凌志彬刘淳张赫男苏州科技大学土木工程学院

设计了10组30个钢-正交胶合木（CLT）组合梁抗剪连接件进行推出试验，其中包括8组浆锚栓钉连接件（GSC）和2组浆锚螺栓连接件(BCGP)。试验结果表明：GSC连接件破坏模式为栓钉弯曲或剪断，同时伴有灌浆体转动与开裂；BCGP连接件破坏模式... 详细信息

设计了10组30个钢-正交胶合木（CLT）组合梁抗剪连接件进行推出试验，其中包括8组浆锚栓钉连接件（GSC）和2组浆锚螺栓连接件(BCGP)。试验结果表明：GSC连接件破坏模式为栓钉弯曲或剪断，同时伴有灌浆体转动与开裂；BCGP连接件破坏模式为螺栓剪断，同时螺栓根部灌浆料被压溃。一定范围内，随栓钉直径增大，GSC连接件抗剪强度与抗剪刚度近似呈线性增长规律；相比于矩形槽口，随着楔形槽口倾斜面的增加，连接件承载力降低，刚度有所提高；槽口倾斜角度由0°增加至30°时，抗剪承载力呈先下降后上升趋势，抗剪刚度呈先上升后下降的趋势，相较于矩形槽口，楔形槽口灌浆块体转动现象更为明显；受群钉效应的影响，双排与单排栓钉连接件的总承载力和总抗剪刚度并不呈两倍关系。理论推导了GSC连接件的抗剪承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。最后，对已有抗剪承载力计算公式进行验证。

关键词：正交胶合木组合梁栓钉灌浆连接抗剪性能

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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

某核工程钢板重混凝土结构栓钉的试验和模拟方法

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建筑结构 2022年第S2期52卷 987-990页

作者：于跃刘景琛高爱平中国核电工程有限公司北京100840

钢板重混凝土结构中的栓钉,根据研究对象的不同,可采用不同模拟方法。目的是在保证计算收敛的同时,兼顾计算成本与计算精度的平衡。采用试验与拟合相结合的方式,介绍栓钉在重混凝土中的试验标定和较为合理高效的精细化模拟方法。

关键词：重混凝土推出试验栓钉荷载-滑移曲线

含UHPC薄层的新型栓钉组合剪力键抗拔性能试验研究

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建筑结构 2023年第5期53卷 141-147页

作者：吕伟荣马慧心卢倍嵘周卿祺赵思钛刘福财戚菁菁湖南科技大学土木工程学院湘潭411201 广东盖特奇新材料科技有限公司清远511600

基于超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称为UHPC)良好的受力性能,提出了一种由钢板-UHPC薄层-普通混凝土叠合而成的新型栓钉组合剪力键,用于增强基础环式风力机基础中基础环与混凝土间的界面抗拔能力。通过对1:3缩尺... 详细信息

基于超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称为UHPC)良好的受力性能,提出了一种由钢板-UHPC薄层-普通混凝土叠合而成的新型栓钉组合剪力键,用于增强基础环式风力机基础中基础环与混凝土间的界面抗拔能力。通过对1:3缩尺模型进行了3组共9个静力拔出试验,研究了UHPC薄层厚度对新型栓钉组合剪力键的荷载-滑移曲线、破坏形态及极限承载能力的影响。结果表明,整个受力过程可经历4个阶段,即界面间摩擦传力弹性阶段、栓钉受剪弹性和弹塑性阶段、混凝土受拉破坏阶段。UHPC薄层的加入,栓钉不仅在钢板与UHPC薄层界面(简称第一界面)即栓钉根部出现了塑性,同时在UHPC薄层-普通混凝土交界面(简称第二界面)上亦出现了明显的塑性,使得新型栓钉组合剪力键抗剪刚度及承载力均较普通栓钉剪力键有显著提高。同时栓钉根部剪应力峰值明显降低,有效提高了剪力键的抗拔性能。基于试验结果,提出了基于双界面栓钉屈服的新型栓钉组合剪力键抗拔承载力计算公式。对比结果表明,该公式能较好反映UHPC薄层厚度对承载力的贡献。

关键词： UHPC薄层栓钉风力机基础组合剪力键拔出试验