大直径栓钉连接件抗剪性能及组合梁受弯性能试验研究

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栓钉连接件是保证钢-混凝土组合结构共同工作性能的最常用抗剪连接件。超高性能混凝土(UHPC)的高强性能使其在组合结构中得到广泛应用,钢-UHPC组合结构界面可能存在的较大纵向剪切需求以及UHPC板厚的减小,对栓钉提出了“大直径、短栓钉”的要求。为探讨大直径栓钉连接件的抗剪性能及采用大直径栓钉组合梁的受弯性能,本文开展了大直径栓钉的静力推出试验及采用大直径栓钉连接件的组合梁试验,主要研究内容如下:(1)完成了7个栓钉连接件的静力推出试验,详细观察试件的加载过程和破坏形态,研究分析了栓钉的荷载-滑移曲线、抗剪承载力、抗剪刚度以及延性与变形性能,分析了栓钉连接件直径和混凝土抗压强度对其抗剪性能的影响。结果表明:试件主要发生栓钉剪断破坏、混凝土压碎破坏以及焊缝处栓钉破坏三种破坏形态;栓钉的荷载-滑移曲线主要分为弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段三个特征阶段;栓钉的抗剪承载力随混凝土强度的提高而增大,随栓钉直径的增加而增大;栓钉的抗剪刚度随栓钉直径的增加而增大,随混凝土弹性模量的提高而增大;直径19-25mm栓钉的延性与变形性能随栓钉直径的增加而增大,随混凝土强度的提高而增大,直径32mm、40mm的栓钉延性与变形性能稍差。(2)研究了栓钉的抗剪承载力计算方法,并与试验结果进行对比分析。结果表明:各规范均能较安全地计算栓钉的抗剪承载力,结合试验和理论分析结果建议了考虑栓钉破坏模式的抗剪承载力计算方法及公式。(3)采用直径32mm栓钉连接件作为部分外包组合梁型钢上翼缘和翼缘板的抗剪连接件,对比分析不同直径栓钉的抗剪承载力和布置数量,对组合梁进行两点对称单调加载试验,详细观察试件的加载过程和破坏形态,研究分析试件的荷载-挠度曲线、截面应变分布及荷载-滑移曲线。结果表明:采用大直径栓钉连接件能大幅减少栓钉布置数量,避免了栓钉密集布置导致的栓钉不均匀受力、混凝土开裂、焊接工作量大以及施工空间不足等问题;组合梁试件均发生弯曲破坏,无纵向剪切破坏形态,大直径栓钉连接件能有效保证组合梁的组合作用;组合梁组合界面滑移较小,栓钉连接件抗剪性能发挥良好;结合试验研究结果建议了部分外包组合梁受弯承载能力计算方法。
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