新型复合PBL剪力键抗剪性能与设计方法研究

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为减少PBL剪力键贯穿钢筋的施工难度、优化PBL剪力键抗剪性能,本文提出了两种新型PBL剪力键构造:(a)栓钉-开孔肋板复合剪力键,即在开孔钢板上焊接横向栓钉形成的复合剪力键(以下简称复合剪力键);(b)斜交式双肋板剪力键,即采用两片非平行式对称布置的开孔肋板组合而成的剪力键(以下简称双斜板剪力键)。针对上述两种新型剪力键的剪切-滑移性能展开研究,主要完成以下工作:(1)完成了5组共10个剪力键试件的单调推出试验,研究了开孔数量、栓钉布置、孔内贯穿钢筋构造、双肋板间距及轴线夹角对试件抗剪性能的影响。试验表明:(a)复合剪力键在前期抗剪刚度、抗剪承载力均高于传统PBL剪力键。虽后期承载力有所下降,但基本超出工程对剪力键的使用范围;并不影响其发挥抗剪承载力的优势;(b)栓钉与开孔肋板抗剪受力机理不同,复合剪力键基本可保证两者均较充分地发挥自身抗剪贡献;(c)双斜板剪力键较之传统Twin-PBL剪力键,抗剪承载力有明显提高。(2)采用通用有限元程序ABAQUS建立了新型剪力键推出试件的精细化3D有限元模型,采用本文和其他学者已完成的大量试验研究结果对建立的有限元模型进行了验证,验证结果表明:本文所建立的有限元模型可以很好地反映试件的实际受力过程。(3)采用建立的有限元模型,对双斜板剪力键的抗剪性能进行参数分析,研究肋板间距、肋板角度等参数的影响。研究表明:(a)在0°到30°范围内,增加轴线夹角可提高双斜板剪力键抗剪承载力,但增幅效果随角度增加而有所下降;(b)在50mm到150mm范围内,增大肋板间距亦可提高其抗剪承载力;(c)轴线夹角影响肋板间距增大对双斜板剪力键抗剪承载力的提高效果;随轴线夹角的增加,其增幅效果有所下降。(4)在试验研究和有限元分析的基础上对新型剪力键的受剪机理进行分析,在对已有剪力键设计方法全面综述的基础上,提出了适用于本文新型剪力键的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验及有限元分析结果吻合良好。本文工作可为钢-混凝土组合结构的设计和施工提供参考。
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