【摘 要】
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钢-混凝土组合结构被广泛运用于装配式结构中,其中抗剪连接件的力学性能对于其受力性能有着至关重要的影响。而高强螺栓抗剪连接件与目前常用的焊接栓钉相比,除了具有连接紧密、受力良好、耐疲劳的共同特点外,还具有可拆卸性强、安装简洁等独特优点,可以替代其他形式的连接件应用到组合结构中,从而提高结构装配率,推动建筑物绿色低碳的建造方式的发展。本文针对应用于一种新型预制装配式叠合楼板的高强度螺栓抗剪件,采用试验
【基金项目】
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西安市建设科技计划项目(SZJJ2019-04); 陕西省混凝土结构安全与耐久性重点试验室开放基金资助项目(XJKFJJ201804);
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钢-混凝土组合结构被广泛运用于装配式结构中,其中抗剪连接件的力学性能对于其受力性能有着至关重要的影响。而高强螺栓抗剪连接件与目前常用的焊接栓钉相比,除了具有连接紧密、受力良好、耐疲劳的共同特点外,还具有可拆卸性强、安装简洁等独特优点,可以替代其他形式的连接件应用到组合结构中,从而提高结构装配率,推动建筑物绿色低碳的建造方式的发展。本文针对应用于一种新型预制装配式叠合楼板的高强度螺栓抗剪件,采用试验和数值分析方法对高强螺栓抗剪连接件的受力性能进行下列研究,并得到以下结论:1.参考EC4规范,进行了5个足尺标准推出试验。通过对比高强螺栓抗剪连接件在普通混凝土楼板和再生混凝土楼板中的抗剪性能,来研究不同混凝土种类对于其抗剪性能的影响。研究发现:在设计混凝土强度等级相同的情况下,相比再生混凝土楼板,虽然普通混凝土楼板的抗裂性能较强,但是高强螺栓抗剪连接件极限抗剪承载力在两种混凝土楼板中是相近的,破坏过程及结果也是相似的。由此推论,高强螺栓抗剪连接件在普通混凝土楼板中的一些结论可以用于再生混凝土楼板中。2.基于标准推出试验研究,使用有限元软件ABAQUS对高强螺栓抗剪连接件的抗剪性能进行了数值分析。得到的荷载-滑移曲线与试验所得曲线较好地吻合,在验证有限元分析合理的基础上,再研究高强螺栓直径、螺栓预紧力、强度等级和混凝土强度、再生混凝土粗骨料取代率及预制装配式叠合楼板厚度等因素对于高强螺栓抗剪连接件抗剪性能的影响。研究表明:高强螺栓预紧力大小、钢梁与楼板之间的摩擦系数对于其抗滑移荷载、初始抗剪刚度影响较大,而对其极限抗剪承载力的影响不大。在高强螺栓直径大或者抗拉强度高的情况下,会发生预制装配式叠合楼板的劈裂破坏。此时提高混凝土强度等级、预制装配式叠合楼板的厚度、纵向受力钢筋配筋率大小对于高强螺栓抗剪连接件极限抗剪承载力影响较大;在高强螺栓直径小或者抗拉强度低的情况下,高强螺栓直径和强度等级对高强螺栓抗剪连接件的极限抗剪承载力影响较大。此外,同强度等级不同粗骨料取代率的再生混凝土对于高强螺栓抗剪连接件抗剪性能影响不大。预留孔间隙大小变化对于螺栓的抗滑移荷载和极限抗剪承载力并不会有所影响,但是随着预留孔间隙的增大,极限滑移量也会相应提高。通过正交试验得出高强螺栓抗剪连接件抗剪性能各指标的主要影响因素,其中螺栓预紧力、钢梁与楼板之间的摩擦系数是其抗滑移荷载和初始抗剪刚度的主要影响因素;螺栓直径和混凝土强度等级是其极限抗剪承载力的主要影响因素。3.通过试验研究与有限元分析,阐明了高强螺栓抗剪连接件在推出试件中的受力机理,参考相关研究,本文针对正常使用极限状态与承载力极限状态给出了其抗剪承载力的两种设计方法,分别是:弹性设计方法与塑性设计方法。并通过统计抗滑移荷载、初始抗剪刚度与影响因素之间的相关关系,给出高强螺栓抗剪连接件抗滑移荷载以及初始抗剪刚度的计算公式。此外,针对预制装配式叠合楼板的劈裂破坏、高强螺栓螺杆的剪断破坏,分别提出了高强螺栓抗剪连接件的极限抗剪承载力计算公式。将以上公式得到的计算值与试验值进行比较,结果表明:该计算公式能够较为准确地描述高强螺栓抗剪连接件的极限抗剪承载力,可以用于实际工程中高强螺栓抗剪连接件的设计。
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