详情

原文传递钢-混凝土组合梁桥栓钉连接件精细化计算方法及时效特性研究

论文题名：	钢-混凝土组合梁桥栓钉连接件精细化计算方法及时效特性研究
关键词：	钢混凝土组合梁桥;栓钉剪力连接件;受力机理;精细化模型;时效特性
摘要：	剪力连接件是保证钢梁与混凝土板共同工作的关键部件，而栓钉连接件是钢-混凝土组合结构中应用最广泛的一种剪力连接件，国内外学者对其进行了大量的研究，并获得了丰硕的成果。目前研究多通过推出试验获得栓钉的抗剪承载力及荷载-滑移曲线，而对栓钉与混凝土之间受力机理以及力的传递过程分析较少，且对栓钉的受力以及荷载-滑移曲线的得出缺乏一定的理论基础。混凝土板的收缩、徐变会使组合梁的挠度与连接件的负担逐渐增加，甚至产生大量滑移，严重影响组合梁共同工作的性能。鉴于以上问题，本文基于十二五国家科技支撑计划子课题“新型城市组合结构桥梁经时行为与动力性能研究”(2011BAJ09B02-02)项目，通过试验、理论与精细化数值分析的方法，得到了栓钉的内力以及荷载-滑移曲线的计算方法，并研究了栓钉与混凝土间的受力机理，以及栓钉的有效受力高度。根据组合梁的精细化数值模型分析了混凝土板的收缩、徐变对钢-混凝土组合梁受力性能的影响。主要研究内容包括: 　　(1)栓钉剪力连接件试验研究与精细化数值分析　　进行了11个推出试验研究，分别研究不同栓钉长度、栓钉直径、钢筋布置以及栓钉数目对栓钉剪力连接件抗剪性能的影响。应用有限元建立了推出试验的精细化数值模型，模型中考虑了栓钉与混凝土之间的接触以及材料的非线性等问题，发现数值模型计算的结果与试验结果吻合较好。　　(2)考虑栓钉与混凝土相互作用的连接件理论计算方法及精细化受力分析　　基于弹性地基梁理论建立了栓钉的内力方程，根据已有的研究成果与数值分析对混凝土的反力系数以及屈服位移进行了分析取值，得到了栓钉的内力与荷载-滑移曲线的计算方法。根据栓钉的内力方程分别对栓钉推出试件中所受的弯矩、剪力、变形进行了分析，并根据推出试件的破坏模式，将荷载-滑移曲线模型分为两种，混凝土压碎破坏时对应的模型与栓钉剪坏时对应的模型。　　(3)栓钉剪力连接件受力机理及有效受力长度研究　　根据推出试件的精细化数值模型，对推出试件的破坏形态，栓钉与混凝土的相互作用及受力机理进行了研究，得到了混凝土所受力的传递路径，并进一步分析了不同混凝土强度、栓钉直径、栓钉高度对抗剪性能的影响。　　根据栓钉的受力状态与Mises应力的大小，确定了Φ19的栓钉在不同混凝土强度下的有效受力长度。在混凝土抗压强度为20MPa、30MPa、40MPa、50MPa的情况下栓钉的有效受力长度分别为4.42d，4d，3.68d，3.42d（d为栓钉的直径）。　　(4)基于精细化模型的钢-混凝土组合梁时效特性研究　　结合梁式试验建立了组合梁的精细化数值分析模型，与以往模型中栓钉以弹簧单元建立不同，栓钉采用实体单元建立，并考虑了栓钉与混凝土之间的接触等问题，模型计算结果发现与试验结果吻合较好。　　基于精细化模型研究了梁式试验与推出试验中栓钉的受力不同，发现梁试件中栓钉根部所能承受的剪切力比推出试件中的要小，但所受到的拔力比推出试件中的要大，栓钉所受的拔力对栓钉根部所能承受的剪切力有一定的削弱作用。　　根据精细化模型分析了不同剪力连接度对组合梁受力性能的影响，以及混凝土板的收缩、徐变对钢-混凝土组合梁受力性能的影响，进一步分析了组合梁跨中挠度，栓钉根部剪力以及界面滑移随时间的变化。
作者：	李明
专业：	土木工程
导师：	王景全
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文