發(fā)布時(shí)間：2020-05-25 04:38

【摘要】：PBL連接件具有抗剪剛度大、極限承載能力高、延性好、抗疲勞性能優(yōu)異、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用日趨廣泛。已有研究表明,與應(yīng)用于鋼-混凝土組合梁、板結(jié)構(gòu)中的疊合型PBL連接件相比,應(yīng)用于鋼-混凝土結(jié)合段等結(jié)構(gòu)中的約束型PBL連接件具有更高的承載力和更好的變形能力。但由于其力學(xué)性能的影響因素多,其承載機(jī)理尚不明確,不同的承載力計(jì)算方法結(jié)果差異較大。為此,本文依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目:城市橋梁、停車設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)體系及工程示范(2016YFC0701202),在分析總結(jié)了PBL連接件相關(guān)研究的的基礎(chǔ)上,提出了量化PBL連接件約束狀態(tài)的約束系數(shù),通過(guò)13組共39個(gè)推出試驗(yàn),結(jié)合精細(xì)有限元方法,系統(tǒng)研究了約束型PBL承載機(jī)理和滑移變形行為,分析了約束型PBL連接件在結(jié)合段等結(jié)構(gòu)中的力學(xué)行為,并基于部分組合理論提出結(jié)合段界面滑移簡(jiǎn)化計(jì)算方法;最后,基于承載力模型和變形模型提出了極限承載力、極限滑移、荷載-滑移全曲線以及割線剛度的計(jì)算方法。主要的研究工作及成果如下:基于推出試驗(yàn),研究了開(kāi)孔形狀、開(kāi)孔尺寸、約束效應(yīng)、混凝土強(qiáng)度和是否設(shè)置貫穿鋼筋的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:混凝土榫沿貫穿鋼筋方向所受到的約束強(qiáng)弱是造成疊合型連接件和約束型連接件力學(xué)性能差異的最主要原因。由于約束型連接件混凝土榫受到良好的約束,增大混凝土榫幾何尺寸能夠顯著提高其承載力,同時(shí)又不會(huì)削弱其變形能力,即使在不設(shè)置貫穿鋼筋的情況下仍然具有較高的承載力和良好的延性;開(kāi)孔形狀對(duì)極限承載力影響較小,但是對(duì)破壞模式和剛度影響顯著,加長(zhǎng)型PBL連接件抗剪剛度遠(yuǎn)低于同面積的加寬型PBL連接件�；诰�(xì)有限元模型分析了PBL連接件受力性能的主要影響因素以及承載機(jī)理,有限元分析表明:沿貫穿鋼筋方向的約束效應(yīng)對(duì)連接件承載力起主要控制作用;開(kāi)孔板高厚比直接決定了混凝土榫受剪和局部承壓的相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系,對(duì)混凝土榫彈、塑性階段剛度以及極限滑移都起決定性的影響;混凝土榫抗剪強(qiáng)度隨著開(kāi)孔面積的增加而減小,受凝土榫高寬比的影響較小;沿貫穿鋼筋方向的約束較強(qiáng)時(shí),貫穿鋼筋所受軸力遠(yuǎn)小于剪力,接近于純剪狀態(tài);極限狀態(tài)下,混凝土榫剪脹導(dǎo)致的鋼-混凝土界面分離位移顯著,界面粘結(jié)、摩擦力對(duì)連接件極限承載力貢獻(xiàn)較小,約束型PBL連接件承載力主要由混凝土榫和貫穿鋼筋提供。建立了典型結(jié)合段和鋼錨板結(jié)構(gòu)精細(xì)化有限元模型,研究結(jié)構(gòu)中連接件所處的約束狀態(tài)和力學(xué)性能,分析連接件布置規(guī)律對(duì)其力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:結(jié)合段外包鋼箱對(duì)連接件約束狀態(tài)起控制作用,當(dāng)結(jié)合段處于彈性階段時(shí),PBL連接件沿加載方向受力差異較大,進(jìn)入塑性階段后界面剪力分布趨于均勻;連接件布置間距和位置對(duì)承載力影響較小;在約束系數(shù)一致的情況下,結(jié)合段模型中PBL連接件與推出試件承載力吻合良好;鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固結(jié)構(gòu)中,PBL連接件沿貫穿鋼筋方向約束主要由鋼錨板上下兩側(cè)的貫穿鋼筋方向普通鋼筋和混凝土提供,靠近鋼錨板上下兩端的連接件受到的約束更強(qiáng),承載力更大;針對(duì)鋼錨板結(jié)構(gòu)中PBL連接件提出的約束系數(shù)計(jì)算方法沒(méi)有考慮混凝土抗拉作用,結(jié)果偏于保守�；诓糠纸M合理論得到了結(jié)合段滑移分布解析解,解析解與試驗(yàn)及有限元分析結(jié)果吻合良好。并基于滑移分布解析解分析了鋼構(gòu)件剛度、混凝土構(gòu)件剛度、連接件抗剪剛度對(duì)滑移分布規(guī)律的影響。參數(shù)分析表明:界面剛度和結(jié)合段長(zhǎng)度的增大可以減小最大滑移值,增大連接件承擔(dān)的荷載比例,但同時(shí)也降低整個(gè)連接件群的有效利用率。最后提出了最大滑移,結(jié)合段連接件有效利用率以及連接件承擔(dān)荷載的比例簡(jiǎn)化計(jì)算公式。基于推出試驗(yàn)結(jié)果,考慮了約束強(qiáng)度、開(kāi)孔形狀、開(kāi)孔尺寸、開(kāi)孔板厚度、混凝土強(qiáng)度、貫穿鋼筋尺寸和強(qiáng)度等參數(shù)的影響,得到混凝土榫和貫穿鋼筋的極限承載力和極限滑移計(jì)算公式。承載力計(jì)算公式中引入了指數(shù)以考慮影響因素與承載力之間的非線性關(guān)系,在參數(shù)變化范圍較大的情況下依然具有良好的計(jì)算精度。剛度計(jì)算公式中考慮壓縮變形和剪切變形的影響,能夠準(zhǔn)確反映不同形狀和不同尺寸PBL連接件的剛度特征。以極限承載力和極限滑移為基準(zhǔn),對(duì)試驗(yàn)中得到的混凝土榫和貫穿鋼筋荷載-滑移曲線進(jìn)行無(wú)量綱處理,根據(jù)無(wú)量綱荷載-滑移曲線特征構(gòu)造函數(shù)并通過(guò)回歸分析得到荷載-滑移曲線表達(dá)式,能夠反映約束型PBL連接件荷載-滑移曲線的主要特點(diǎn)。
【圖文】：

著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，在橋梁結(jié)構(gòu)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。組合結(jié)構(gòu)中，剪力連接件是連接鋼構(gòu)件與混凝土構(gòu)件并使兩者協(xié)同受力形成組合作用的關(guān)鍵構(gòu)件。目前常用的連接件有栓釘連接件、PBL連接件（圖1.1）以及型鋼連接件等。其中PBL連接件由德國(guó)的研究人員Leonhardt等人于1987年提出[1]，德文名稱為“PerfobondLeiste”，因此國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)中通常根據(jù)其德文簡(jiǎn)寫稱其為“PBL連接件”或根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)稱其為“開(kāi)孔鋼板連接件”。由于PBL連接件具有抗剪剛度大、極限承載能力高、延性好、抗疲勞性能優(yōu)異、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在組合梁、混合梁、組合拱肋以及組合索塔錨固區(qū)等大跨徑橋梁組合結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。(a) 組合梁中的 PBL 連接件 (b) 結(jié)合段中的 PBL 連接件圖 1.1 鋼-混凝土組合梁與結(jié)合段中的 PBL 連接件Fig. 1.1 Perfobond connector in steel-concrete composite beams and jointsPBL連接件一開(kāi)始主要作為鋼梁與混凝土橋面板間的連接件兼加勁肋應(yīng)用到組合梁中，隨著對(duì)PBL連接件研究的深入，在疲勞性能要求高，所需傳遞剪力較大的區(qū)域均開(kāi)始積極采用PBL連接件。如采用鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的主梁、索塔以及拱肋結(jié)合部主要使用PBL連接件。斜拉橋如果采用鋼錨箱、鋼錨梁或者鋼錨板等結(jié)構(gòu)作為索塔錨固體系時(shí)，大部分也會(huì)使用PBL連接件。表1.1列出了國(guó)內(nèi)外部分采用PBL連接件的橋梁。由于PBL連接件廣闊的應(yīng)用前景，針對(duì)PBL連接件的相關(guān)研究也得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[2, 3]。組合結(jié)構(gòu)中鋼與混凝土結(jié)構(gòu)的組合作用由連接件分布規(guī)律和單個(gè)連接件的荷載-滑移曲線特征決定[4-9]。PBL連接件的荷載-滑移曲線特征由其中的混凝土榫、貫穿鋼筋及其所處的約束狀態(tài)共同決定[1, 10-12]。對(duì)于混凝土榫

1 緒 論所示，下文統(tǒng)稱為疊合型PBL連接件推出試件。圖中y方向貫穿鋼筋方向，z方向?yàn)榧虞d方向。而對(duì)于混合梁結(jié)合段或者鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系等結(jié)構(gòu)中的PBL連接件，，其x和y方向的約束強(qiáng)于組合梁結(jié)構(gòu)中的PBL連接件，導(dǎo)致力學(xué)性能差異顯著。因此國(guó)內(nèi)學(xué)者采用圖1.2(b)所示推出試件研究其力學(xué)性能[12, 14, 15]，下文統(tǒng)稱為約束型PBL連接件推出試件。圖1.2(b)所示泡沫的作用在于避免開(kāi)孔板端部與混凝土接觸受力。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU398.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679584