栓钉连接件重复荷载下抗拔性能劣化机理研究

以栓钉直径、埋深及是否设置钢筋网片为参数,进行了8个试件在重复荷载作用下的拉拔试验,分析了不同参数对栓钉连接件抗拔性能劣化机理的影响.研究结果 表明:低应力重复荷载下,栓钉与混凝土几乎没有损伤;荷载达到栓钉屈服荷载的80％～86％时,试件变形明显增加,栓钉直径较小的试件损伤出现较早;栓钉直径和埋深较大的试件,其混凝土的冲切体积较大,损伤出现较晚;试件累积弹塑性变形随着荷载级别增加呈二次函数曲线增长,设置钢筋网片并增加栓钉埋深,可减小试件重复拉拔过程中的累积弹塑性变形;相同栓钉直径时,发生栓钉拉断破坏试件比发生混凝土破坏试件的刚度退化速度更快,设置钢筋网片并增大栓钉直径有助于减缓试件刚度退化的速度.     

低温环境下栓钉连接件抗拉拔性能研究

为促进组合结构在极地及高寒地区的安全广泛应用,解决低温环境下组合结构中栓钉连接件抗拉拔性能研究不足问题,采用自平衡加载装置,对4组栓钉试件进行了低温拉拔试验,得到了不同温度（20、-30 ℃和-60 ℃）和栓钉有效埋深（57 mm和92 mm）下栓钉拉拔试件的破坏模式、荷载-位移曲线、抗拉拔承载力等。考虑大尺寸构件低温试验难度大、成本高等问题,建立栓钉拉拔试件有限元模型,在20 ℃~-60 ℃温度范围内,模型的荷载-位移曲线、抗拉拔承载力和破坏模式与试验结果吻合良好,验证了模型的可靠性。基于此模型,进行参数分析,研究低温（20、-30 ℃和-60 ℃)和栓钉有效埋深(48、64、80 mm和96 mm）对栓钉连接件抗拉拔性能的影响。研究结果表明：在20~-60 ℃温度范围内,共出现三种典型破坏模式,即混凝土锥体破坏、混凝土劈裂破坏和栓钉拉断破坏;试件的抗拉拔承载力、极限位移、前期刚度等均随着温度的降低、栓钉有效埋深的增大而增大,有效埋深的增大对抗拉拔性能的提高作用更加显著;当温度T≤-30 ℃时,栓钉有效埋深hef为92 mm的拉拔试件均发生栓钉拉断破坏,其抗拉拔性能主要由栓钉本身低温材料性能决定。通过数值模拟和参数分析可知,20~-60 ℃ 温度范围内,混凝土强度等级为C60的拉拔试件发生由混凝土锥体破坏向栓钉拉断破坏转变的栓钉有效埋深与栓钉直径比hef/d临界值在5~6范围内。     

往复偏心拉压荷载下矩形钢管混凝土柱工作性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土柱在往复偏心拉压荷载下的工作性能,进行了4个截面外廓尺寸为130 mm×170 mm的矩形钢管混凝土柱模型在往复偏心拉压荷载下的工作性能试验研究,其中:2个试件的钢板厚度为3 mm,相应配钢率为8.14%,一个试件有栓钉,一个试件无栓钉;2个试件的钢板厚度为1.5 mm,相应配钢率为4.07%,一个试件有栓钉,一个试件无栓钉。通过试验,对比分析了各试件承载力、刚度、延性和破坏特征。研究表明:矩形钢管腔体内设置栓钉可显著提高构件的抗拉和抗压性能;矩形钢管钢板厚度较大的试件对栓钉约束能力较强,可提高栓钉与混凝土的共同工作性能。     

高温后反复荷载下带栓钉连接件型钢混凝土界面力传递性能研究

通过对6个高温后带栓钉连接件型钢混凝土短柱反复加载试验和6个高温后试件的单调加载对比试验,研究高温后反复荷载下带栓钉连接件型钢混凝土短柱的破坏形态、荷载-滑移特性、界面剪切承载力等。研究结果表明:带栓钉连接件型钢混凝土试件在反复荷载下的破坏形态与单调荷载下大致相同,破坏以栓钉外侧混凝土劈裂为主。试件的滑移刚度和界面剪切承载力随着升温时曾经经历最高温度的增加及最高温度持续时间的增长而下降。翼缘布置栓钉试件的滑移刚度和界面剪切承载力高于相同条件下腹板布置栓钉试件的滑移刚度和剪切承载力。与单调加载相比,反复荷载下试件界面剪切承载力下降。     

棒型热阻断拉结件抗拔性能研究

为研究棒型热阻断拉结件在单调荷载作用下的抗拔性能,以拉结件的开孔大小及开孔深度为参数设计试件,进行抗拔试验,分析试件的荷载-位移曲线及抗拔承载力,并通过试验研究拉结件布置设计。研究结果表明：针对本次试验参数,在单调荷载作用下,开孔大小7 mm较开孔大小6.5 mm极限抗拔承载力提升7.8%,开孔深度50 mm较开孔深度45 mm极限承载力提升27.9%。研究结果可为轻质夹心保温墙板的设计提供参考依据。     

Experimental study on shear performance of twin perfobond rib shear connectors under monotonic and repeated loading

通过4个抗剪连接件试件的单调加载和重复加载推出试验,研究双开孔钢板连接件的承载能力、荷载-位移关系、延性、初始刚度、刚度退化及耗能等力学性能。结果表明：双开孔钢板连接件初始刚度大,且具有较好的延性及耗能能力;加载初期荷载-位移曲线呈线性关系,该阶段承载力主要由贯穿孔内混凝土榫提供,随着荷载的增加,试件荷载-位移曲线出现第一个明显拐点,混凝土榫压碎后,荷载-位移曲线出现峰值点,该阶段承载力主要由贯穿钢筋提供;重复荷载下各试件初始刚度值与单调荷载下相差不大;随着加载循环次数的增加,试件刚度不断减小,试件耗能能力逐渐降低。目前国内外已有计算式所考虑因素和计算方法不尽相同,通过国内外87个开孔钢板模型试验结果与各公式计算值的对比发现,日本JSCE公式计算值与试验值吻合度最好。     

双开孔钢板连接件单调和重复荷载作用下受剪性能试验研究

通过4个抗剪连接件试件的单调加载和重复加载推出试验,研究双开孔钢板连接件的承载能力、荷载-位移关系、延性、初始刚度、刚度退化及耗能等力学性能。结果表明:双开孔钢板连接件初始刚度大,且具有较好的延性及耗能能力;加载初期荷载-位移曲线呈线性关系,该阶段承载力主要由贯穿孔内混凝土榫提供,随着荷载的增加,试件荷载-位移曲线出现第一个明显拐点,混凝土榫压碎后,荷载-位移曲线出现峰值点,该阶段承载力主要由贯穿钢筋提供;重复荷载下各试件初始刚度值与单调荷载下相差不大;随着加载循环次数的增加,试件刚度不断减小,试件耗能能力逐渐降低。目前国内外已有计算式所考虑因素和计算方法不尽相同,通过国内外87个开孔钢板模型试验结果与各公式计算值的对比发现,日本JSCE公式计算值与试验值吻合度最好。     

国家体育场扭曲箱形构件拉伸试验

为研究国家体育场钢结构扭曲箱形构件的抗拉性能,完成了2个1/4缩尺试件在单调拉伸荷载作用下的试验与参数影响计算分析,试件的变化参数为加劲肋间距。试验结果表明:试件的拉力-位移曲线呈双线性特征,试件受拉屈服发生在靠弯曲中心一侧的上翼缘与相邻腹板;受拉屈服荷载为1100kN;两个试件的弹性抗拉刚度分别为593kN/mm与614kN/mm;屈服后强化段抗拉刚度分别为39kN/mm与36kN/mm,分别为弹性抗拉刚度的6.6%与5.9%;卸载刚度均为930kN/mm,分别为弹性抗拉刚度的157%与151%。加劲肋间距从300mm减小到225mm,试件的抗拉刚度增加了5%,刚度提高有限。有限元计算结果与试验结果基本一致。     

玻璃纤维管再生混凝土柱轴心重复受压试验研究

为研究玻璃纤维管再生混凝土柱的轴压性能,对7根不同直径的圆形截面玻璃纤维管再生混凝土柱进行了轴向重复受压试验,分析了其破坏过程及破坏形态、特征荷载和位移、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载-残余位移曲线和骨架曲线.结果表明:截面直径较小的试件发生剪切破坏,截面直径较大的试件发生环向破坏,最终内部混凝土被压溃,各试件截面规整且均未发生扭曲破坏;玻璃纤维空管的承载力相对较低,破坏时属于脆性破坏;随着试件直径的增大,试件的轴压承载力和刚度逐渐增大;玻璃纤维管再生混凝土柱极限承载力相比玻璃纤维空管显著提高,在重复荷载作用下,玻璃纤维管再生混凝土柱具有较好的延性和耗能能力.     

装配整体式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件受力性能试验研究

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明:预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

带栓钉连接件型钢混凝土剪力传递性能研究

通过15个带栓钉连接件的型钢混凝土短柱在单调荷载下的推出试验及1个自然黏结试件的对比试验,研究带栓钉连接件型钢混凝土短柱的破坏形态、裂缝模式、荷载-滑移特性、型钢应变分布、剪力传递承载力等。试验结果表明:带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的破坏以混凝土劈裂为主,劈裂裂缝出现的方位与栓钉的布置位置有关。典型试件的荷载-滑移曲线大致可分为5个阶段,分别为无滑移段、滑移段、破坏段、荷载下降段及残余段。由于栓钉剪切变形的影响,栓钉根部混凝土受局部承压作用,混凝土与型钢表面原有的自然黏结将受到损坏,近栓钉位置的型钢应变产生突变,应变分布表现出与自然黏结试件不一样的特征。在其他条件基本相同的情况下,型钢腹板布置栓钉的试件,其极限荷载和残余荷载比型钢翼缘布置栓钉的试件高,与极限荷载相对应的端部滑移比型钢翼缘布置栓钉的试件大。根据试件的受力机理和力的扩散原则,提出了带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的承载力计算公式及防止栓钉外侧混凝土劈裂破坏的构造措施,公式计算结果与试验结果总体相符且偏于安全。     

单调荷载下栓钉连接件受剪性能试验研究

栓钉是钢-混凝土组合梁中常用的柔性受剪连接件。通过18个栓钉受剪试件在单调荷载下的推出试验,较系统地研究了混凝土强度等级、栓钉直径以及钢梁类型等参数对栓钉的破坏形态、破坏机理、荷载-滑移规律和极限受剪承载力的影响。研究表明:栓钉的受剪承载力随着混凝土强度等级的提高以及栓钉直径的增大而增加;轧制工字钢试件中栓钉的受剪承载力比焊接工字钢试件中的高10%~30%。在试验的基础上提出了栓钉受剪承载力的计算方法。     

不同构造内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

为研究在高轴压比下内置钢板 混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪-力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构造不同。采用单向重复加载方法,分析了各试件的承载力、刚度退化、应力分布、变形能力等,进行了轴压承载力计算。结果表明：各试件达到极限承载能力时,钢板轴力分担比率在25%~32%之间,内置钢板的抗压能力得到发挥;与无拉结钢筋、无栓钉的试件相比,钢板中部设置长栓钉的试件承载力提高23.6%,轴向变形提高22.6%,刚度退化减缓17.42%,钢板与混凝土协同工作性能好;采用强度叠加理论进行内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

密砂中预埋螺旋锚循环上拔承载特性离心机试验研究

螺旋锚基础因具有较大的抗拔承载能力而被广泛用作风机、杆塔及其它受循环荷载作用的结构物基础,而目前有关循环荷载作用下螺旋锚的承载特性研究较少。通过土工离心机对密砂中预埋螺旋锚进行单调及循环加载试验,初步探讨埋深比和锚片数量对螺旋锚循环上拔稳定性及承载力的影响。结果表明,在平均循环荷载Q_c~(mean)逐级递增的加载条件下,对于单锚片螺旋锚,达到极限循环抗拔水平Q_(cu)~(mean)时的起始位移u_(apb)与单调加载时的破坏位移up接近;埋深比H/D≤6时,随着埋深比增加,相对极限循环抗拔能力Q_(cu)~(mean)/Q_(mu)逐渐增大,在H/D=6时,Q_(cu)~(mean)/Q_(mu)达到0.9,H/D6时,相对循环抗拔能力基本保持不变;并且,H/D6时单锚片螺旋锚各循环阶段的相对累积位移较H/D≥6的情况要大。因此,当采用单锚片螺旋锚抵抗循环上拔荷载时,建议螺旋锚埋深比至少为6。相同埋深比时双片螺旋锚与单片锚的相对极限循环抗拔水平相同,但在各循环加载阶段双片锚的累积上拔位移量均小于单片锚;若以变形作为控制条件衡量承载能力,双锚片明显优于单锚片螺旋锚。     

预制装配式混凝土建筑框架结构的施工力学分析

以预制装配式混凝土建筑框架结构为研究对象,对其施工力学进行了分析。结果表明,在预制拼装构件间,连接钢板的弹性变形和拼接缝延迟了混凝土构件上裂缝的开展。试件A2(新型全预制装配式混凝土框架)的屈服荷载比Al(整浇混凝土框架)高出10 kN,预制装配式框架的弹性阶段承载力相对要好。在开裂前,试件Al、A2的位移和力基本呈线性关系,发生开裂后,残余变形在荷载往复作用下增大,随着荷载的逐级增拥,试件Al、A2的滞回曲线出现逐渐饱满的趋势,增强了试件的耗能性能。在柱顶位移小于10.05 mm时,与试件A1的相对刚度比,试件A2的相对刚度要小;在柱顶位移为10.05 mm时,试件A1、A2的相对刚度比较相近;当柱顶位移比10.05 mm大时,A2的相对刚度要比A1的相对刚度大。等效黏滞阻尼系数随着位移的增大一直处于增大趋势;在3.9～4.2左右,试件A1和A2的位移延性系数对抗震设计延性要求比较符合。     

分级等荷循环受压下橡胶水泥砂浆的疲劳损伤演化

为探究橡胶水泥基材料的疲劳及损伤演化特性,以橡胶水泥砂浆为研究对象,对其分别进行10、20、30 kN荷载等级下的10次(低次/限次)等荷循环加-卸载试验,并对试件产生的加载应变、加载应变差、累积残余应变、累积残余应变差、不闭合度、累积残余应变损伤(塑性损伤),以及加载和卸载变形模量进行分析.结果 表明:试件的加载应变和累积残余应变均随着循环荷载等级的增大而增大;试件的加载应变差和累积残余应变差随着循环次数的增加以互相交错波动的形式逐渐减小至0附近;随着循环次数的增加,试件的不闭合度减小,塑性损伤增大,且两者均随循环荷载等级增大而增大;试件的加载和卸载变形模量随着循环次数的增加以分段线性波动的形式增大,也随着循环荷载等级的增大而增大.同时建立了基于临界塑性损伤假定条件下的塑性损伤模型和刚度变化模型,对试件在高次/不限次等荷循环加-卸载过程中的疲劳塑性损伤和刚度演化特征进行了初步预测和表征.     

高周疲劳损伤下Q345等边角钢受力性能试验研究

为研究风荷载作用下输电线路中Q345等边角钢构件在不同的初始高周疲劳损伤下对其受力性能的影响,通过对1组无初始损伤构件和3组带不同初始疲劳损伤Q345等边单角钢试件的低周往复加载试验,得到了各组试件的承载力、刚度退化及滞回耗能等变化规律。研究结果表明：在低周反复荷载作用下,当初始高周疲劳振动从0次最终增加至4.0×104次时,试件承载力降低了36.1%,刚度降低了75.4%,累积耗能系数降低了57.4%,并最终导致构件累积损伤破坏。     

高温下带栓钉连接件型钢混凝土界面剪力传递性能研究

通过20个高温下带栓钉连接件型钢混凝土短柱推出试验及2个常温下的对比试验,研究其破坏形态、荷载-滑移特性、界面剪切承载力等。试验结果表明：高温下带栓钉连接件型钢混凝土推出试件的破坏形态与常温下大致相同,破坏以栓钉外侧混凝土劈裂为主;与常温下试件的荷载-滑移曲线相比,高温下推出试件荷载-滑移曲线的上升段相对平缓,在较小的荷载作用下即产生相对滑移,滑移刚度相对减小;当升温最高温度的持续时间相同时,试件的界面剪切承载力随最高温度的提高而降低,其中从常温到最高温度达到400℃以前,试件的界面剪切承载力随最高温度提高下降很快,而最高温度超过400℃以后,界面剪切承载力随最高温度提高下降的趋势减缓;当升温最高温度一定时,随着最高温度持续时间的增加,试件的界面剪切承载力降低。引入高温下界面剪切承载力影响系数,提出高温下带栓钉连接件型钢混凝土界面剪切承载力计算式,计算结果与试验结果相比总体偏于安全。     

高周疲劳损伤下Q345等边角钢受力性能试验研究

为研究风荷载作用下输电线路中Q345等边角钢构件在不同的初始高周疲劳损伤下对其受力性能的影响,通过对1组无初始损伤构件和3组带不同初始疲劳损伤Q345等边单角钢试件的低周往复加载试验,得到了各组试件的承载力、刚度退化及滞回耗能等变化规律。研究结果表明:在低周反复荷载作用下,当初始高周疲劳振动从0次最终增加至4.0×104次时,试件承载力降低了36.1%,刚度降低了75.4%,累积耗能系数降低了57.4%,并最终导致构件累积损伤破坏。