【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、施工簡便等優(yōu)點,在鋼-混凝土組合結(jié)構和混合結(jié)構橋梁中的應用日趨廣泛。已有研究表明,與應用于鋼-混凝土組合梁、板結(jié)構中的疊合型PBL連接件相比,應用于鋼-混凝土結(jié)合段等結(jié)構中的約束型PBL連接件具有更高的承載力和更好的變形能力。但由于其力學性能的影響因素多,其承載機理尚不明確,不同的承載力計算方法結(jié)果差異較大。為此,本文依托國家重點研發(fā)計劃項目:城市橋梁、停車設施鋼結(jié)構體系及工程示范(2016YFC0701202),在分析總結(jié)了PBL連接件相關研究的的基礎上,提出了量化PBL連接件約束狀態(tài)的約束系數(shù),通過13組共39個推出試驗,結(jié)合精細有限元方法,系統(tǒng)研究了約束型PBL承載機理和滑移變形行為,分析了約束型PBL連接件在結(jié)合段等結(jié)構中的力學行為,并基于部分組合理論提出結(jié)合段界面滑移簡化計算方法;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算方法。主要的研究工作及成果如下:基于推出試驗,研究了開孔形狀、開孔尺寸、約束效應、混凝土強度和是否設置貫穿鋼筋的影響。試驗結(jié)果表明:混凝土榫沿貫穿鋼筋方向所受到的約束強弱是造成疊合型連接件和約束型連接件力學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,同時又不會削弱其變形能力,即使在不設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;開孔形狀對極限承載力影響較小,但是對破壞模式和剛度影響顯著,加長型PBL連接件抗剪剛度遠低于同面積的加寬型PBL連接件�；诰氂邢拊Ｐ头治隽薖BL連接件受力性能的主要影響因素以及承載機理,有限元分析表明:沿貫穿鋼筋方向的約束效應對連接件承載力起主要控制作用;開孔板高厚比直接決定了混凝土榫受剪和局部承壓的相對強弱關系,對混凝土榫彈、塑性階段剛度以及極限滑移都起決定性的影響;混凝土榫抗剪強度隨著開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時,貫穿鋼筋所受軸力遠小于剪力,接近于純剪狀態(tài);極限狀態(tài)下,混凝土榫剪脹導致的鋼-混凝土界面分離位移顯著,界面粘結(jié)、摩擦力對連接件極限承載力貢獻較小,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)構精細化有限元模型,研究結(jié)構中連接件所處的約束狀態(tài)和力學性能,分析連接件布置規(guī)律對其力學性能的影響。研究結(jié)果表明:結(jié)合段外包鋼箱對連接件約束狀態(tài)起控制作用,當結(jié)合段處于彈性階段時,PBL連接件沿加載方向受力差異較大,進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,承載力更大;針對鋼錨板結(jié)構中PBL連接件提出的約束系數(shù)計算方法沒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件剛度、混凝土構件剛度、連接件抗剪剛度對滑移分布規(guī)律的影響。參數(shù)分析表明:界面剛度和結(jié)合段長度的增大可以減小最大滑移值,增大連接件承擔的荷載比例,但同時也降低整個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荷載的比例簡化計算公式。基于推出試驗結(jié)果,考慮了約束強度、開孔形狀、開孔尺寸、開孔板厚度、混凝土強度、貫穿鋼筋尺寸和強度等參數(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算公式。承載力計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系,在參數(shù)變化范圍較大的情況下依然具有良好的計算精度。剛度計算公式中考慮壓縮變形和剪切變形的影響,能夠準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,對試驗中得到的混凝土榫和貫穿鋼筋荷載-滑移曲線進行無量綱處理,根據(jù)無量綱荷載-滑移曲線特征構造函數(shù)并通過回歸分析得到荷載-滑移曲線表達式,能夠反映約束型PBL連接件荷載-滑移曲線的主要特點。
【圖文】：

著的技術經(jīng)濟效益，在橋梁結(jié)構中得到了日益廣泛的應用。組合結(jié)構中，剪力連接件是連接鋼構件與混凝土構件并使兩者協(xié)同受力形成組合作用的關鍵構件。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連接件由德國的研究人員Leonhardt等人于1987年提出[1]，德文名稱為“PerfobondLeiste”，因此國內(nèi)相關文獻中通常根據(jù)其德文簡寫稱其為“PBL連接件”或根據(jù)其結(jié)構特點稱其為“開孔鋼板連接件”。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、施工簡便等優(yōu)點，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)構中得到了廣泛應用。(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連接件一開始主要作為鋼梁與混凝土橋面板間的連接件兼加勁肋應用到組合梁中，隨著對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)域均開始積極采用PBL連接件。如采用鋼—混凝土混合結(jié)構的主梁、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)構作為索塔錨固體系時，大部分也會使用PBL連接件。表1.1列出了國內(nèi)外部分采用PBL連接件的橋梁。由于PBL連接件廣闊的應用前景，針對PBL連接件的相關研究也得到國內(nèi)外學者的廣泛關注[2, 3]。組合結(jié)構中鋼與混凝土結(jié)構的組合作用由連接件分布規(guī)律和單個連接件的荷載-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方向為加載方向。而對于混合梁結(jié)合段或者鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系等結(jié)構中的PBL連接件，，其x和y方向的約束強于組合梁結(jié)構中的PBL連接件，導致力學性能差異顯著。因此國內(nèi)學者采用圖1.2(b)所示推出試件研究其力學性能[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孔板端部與混凝土接觸受力。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU398.9

【參考文獻】

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本文編號：2679584