装配式离散群钉剪力键在组合梁中的力学行为研究

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在国家自然科学基金重点项目“山区装配式混合结构桥梁的设计理论与智能化建造方法”(U20A20312)和重庆市自然科学基金项目“装配式组合梁双非耦合结构行为及计算理论研究(cstc2018jcyjAX0509)”的资助下,针对装配式离散群钉剪力键在组合梁中的力学行为及抗剪承载力计算方法,开展了预制-装配化群钉剪力键推出试验,研究了装配式剪力键推出力学行为与参数影响规律,在分析剪力键在推出试件和组合梁中受力差异影响的基础上,提出了装配式离散群钉剪力键在组合梁中的抗剪承载力计算方法。主要工作及成果如下:
  1.以后浇键群数量和栓钉排数为试验参数,设计开展了3组6个试件的装配式推出试验,结果表明:荷载-位移曲线和荷载-界面滑移曲线均可分为弹性阶段、弹塑性阶段;双键群试件与单键群试件在裂缝形式与发展情况上有明显不同,键群间裂缝降低了双键群试件的承载力;双键群试件的单钉承载力较单键群四排和单键群两排试件分别降低17.1%和12.9%。
  2.建立装配式剪力键推出加载数值模型并与试验吻合较好;推出加载力学分析发现:多键群与单键群的破坏模式均为栓钉剪断;多键群裂缝首先出现在双键群间,单键群首先出现在先后浇界面处;栓钉数量和键群数量为承载力折减的主要影响因素。
  3.对比分析键群间距、键群数量、栓钉直径等对装配式推出抗剪承载力的影响。键群间距由1.43倍预留孔高度增至2.86倍预留孔高度时,承载力增加35%;键群数量由1增至4时,单键群承载力减少28%;栓钉直径由13mm增至16mm时,承载力提高7%;基于现有栓钉计算方法,提出了考虑键群折减与群钉折减的装配键群推出抗剪承载力计算公式。
  4.对比研究剪力键在推出受剪和梁内受剪中力学行为的异同,发现推出试验中栓钉的承载力较梁式高,刚度较梁式小。分析后浇孔横向尺寸、预制板宽度和集束度等参数对剪力键在组合梁中受力影响,当集束度由0.111增至0.25时,单钉承载力降低33%;当后浇孔横向尺寸和梁长的比值由0.0175增至0.03时,单钉承载力降低35%。在考虑尺寸效应和集束度折减系数的影响下,提出了装配式组合梁中剪力键的抗剪承载力计算方法,并和试验吻合良好。
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