钢-RPC组合梁胶-栓钉新型连接件抗剪性能研究

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活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,简称RPC)是一种高强度、高韧性、低孔隙率的水泥基材料,具有良好的抗裂性和耐久性。将RPC运用于钢-混组合梁的顶板中,可以解决普通混凝土顶板纵向开裂、收缩徐变过大,以及桥梁跨径受自重限制等问题。然而目前针对钢-RPC组合梁栓钉连接件的研究十分缺乏。此外,栓钉变形、栓钉焊接不牢会导致钢与混凝土界面滑移,因此本文提出一种高强粘结胶-栓钉新型连接件,以改善组合梁界面抗剪承载力和抗剪刚度。本文主要完成的工作如下:
  1、通过推出试验,研究了RPC、高强粘结胶、栓钉三种材料对连接件抗剪性能的影响规律。结果显示,相比于普通混凝土(C50),RPC中可以不配置钢筋也不会开裂。高强粘结胶和直径13mm的栓钉共同作用能够大幅度提高连接件的抗剪承载力和抗剪刚度,与直径大于13mm的栓钉组合时能明显提高界面的抗剪刚度。钢-RPC组合梁相比钢-普通混凝土组合梁,栓钉连接件的抗剪刚度大幅度提高,而抗剪承载力小幅度提高,极限滑移量则小幅度降低。
  2、运用ABAQUS软件建模,研究钢-RPC组合梁栓钉和胶-栓钉连接件的抗剪性能。有限元计算结果与试验结果吻合较好。高强粘结胶可以增大连接件的承载力、刚度,但会降低界面的延性。增大栓钉直径对提高连接件的抗剪承载力、刚度和延性性能效果很明显。栓钉长径比大于3时,增大栓钉长度对钢-RPC组合梁栓钉连接件的抗剪性能改变不大。钢-RPC组合梁栓钉的纵桥向间距须满足规范要求,不宜小于栓钉直径的5倍。
  3、基于推出试验和有限元计算的结果,提出了钢-RPC组合梁栓钉连接件抗剪承载力和抗剪刚度的规范建议公式,并拟合了三折线形式的栓钉抗剪荷载-滑移关系表达式。基于弹性地基梁理论推导了栓钉变形和抗剪刚度表达式。规范建议公式、理论推导公式计算的栓钉抗剪刚度和试验结果吻合较好。
  4、运用ANSYS建立钢-混组合梁模型,研究连接件抗剪刚度的影响规律。结果表明,钢-RPC组合梁的挠度和应力相比钢-普通混凝土组合梁小。连接件抗剪刚度大于100kN/mm时,组合梁的挠度和应力随刚度增大而减小的幅度很小,二者趋于稳定。本文提出的高强粘结胶-栓钉新型连接件的抗剪刚度远大于100kN/mm,可以保证连接件的抗剪刚度满足使用要求,同时起到减小栓钉周围混凝土开裂的风险,证明了它的有效性。
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