基于互锁角钢连接件的双钢板-混凝土组合板冲切性能研究

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双钢板-混凝土组合结构(SCS)通常是由外钢板、混凝土以及连接件三部分组成。该类结构具有承载力高、整体性及延性好、节省模板和劳动力、施工效率高等优点,目前已在防护工程、极地近海工程、交通工程以及高层结构等领域得到了广泛应用。在SCS组合结构中,由连接件提供的钢-混凝土界面连接性能对SCS组合结构的整体性能有决定性影响。为提高已有剪力连接件的连接性能,本文提出了一种用于SCS组合结构的新型互锁角钢连接件,并通过试验对其抗拉性能进行了研究。在此基础上进一步对使用该连接件的双钢板-混凝土组合板开展面外抗冲切性能研究,具体研究内容和结论如下所示:(1)开展了14个试件的拔出试验,探讨连接件嵌入深度、方形钢片厚度、角钢厚度及边长、周围混凝土约束效应等参数对互锁角钢连接件抗拉性能的影响。试验中共发现三类破坏模式:混凝土拔出破坏、角钢拉断破坏和混凝土直剪破坏。试验结果显示,增加连接件嵌入深度和方形钢片厚度可显著增加互锁角钢连接件的抗拉承载力。此外,建立了互锁角钢连接件的极限抗拉承载力理论计算模型,并通过与试验结果对比,验证了理论模型的准确性。(2)对带互锁角钢连接件的SCS组合板开展了面外抗冲切性能研究。共制作了9个组合板试件,通过施加面外集中荷载,探究了外钢板厚度、混凝土厚度、连接件间距及互锁螺栓对试件抗冲切性能的影响。所有试件均表现出相同的破坏模式:在第一峰值点处发生混凝土冲切破坏,顶部钢板冲切破坏出现在第二峰值点。试验结果表明,增加外钢板厚度、混凝土厚度均会引起试件峰值承载力显著增加;而增加连接件间距则会使峰值承载力下降;去除连接件中的互锁螺栓对组合板试件抗冲切行为无明显影响。通过分析试件的荷载-位移曲线、钢-混凝土界面滑移情况、竖向变形过程、外钢板应力变化及试件参数变化的影响,明确了组合板在面外集中荷载作用下的失效机理及两个峰值点的受力状况。(3)建立了组合板受冲切承载力理论计算模型。针对第一峰值承载力,提出了两种计算方法,包括应力分析方法和45°冲切锥方法,并利用试验结果验证了上述两种计算方法的准确性。第二峰值荷载由外钢板和分布在冲切锥范围内的连接件共同承担,相应的承载力理论计算模型也同样得以验证。
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