PBL连接器群结构行为与计算方法研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51178393
项目类别：
面上项目
资助金额：
61.0万
负责人：
赵灿晖
依托单位：
西南交通大学
学科分类：
E0804.结构工程
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
夏嵩；何畏；王振海；孙才志；翁方文；
关键词：
剪力连接器群混合结构结构行为 PBL连接器

项目摘要

混合结构桥梁近年发展迅猛，作为钢－混连接区域的核心部件，连接器群的工作性能决定了钢、混凝土两种结构是否能连接成共同受力的整体，连接器群的结构行为和计算理论，直接影响结构安全性和构造的合理性、经济性，是影响混合结构桥梁发展和应用的基础性科学问题。本项目采用试验研究与有限元仿真分析相结合的方法，对PBL剪力连接器群加载全过程的结构行为进行系统研究，探明连接器群的剪力分布、钢板内力分布、破坏过程的演化等关键结构行为；在此基础上，提出剪力连接器群承载力极限状态的主要理论指标，并参照混凝土结构设计计算原理，建立连接器群整体承载力计算的基本方法。同时，基于有限元分析的子模型方法，探讨基于试验参数的简化有限元分析方法。在试验研究和数值分析的基础上，初步建立PBL连接器群的计算方法，为准确评价混合结构桥梁钢－混结合区域的安全性和确定合理的结构构造提供科学依据。

结项摘要

根据结构受力特点，在结构的不同部位合理地采用钢结构或混凝土结构已成为结构工程发展的必然趋势。剪力连接器群是混合结构钢－混连接区域的主要传力构造，是混合结构设计成败的关键之一。.在工作过程中，随着荷载的变化，连接器群的剪力分布、连接器的变形均处于复杂的演变过程中，这使得连接器群结构行为十分复杂，仅根据连接器的结构行为难以准确评价连接器群的安全性和构造设计的合理性。PBL连接器群的结构行为及其极限承载力的计算方法，成为制约混合结构发展的瓶颈问题之一。.本项目针对混合结构中PBL剪力连接器的承载机理、连接器群加载全过程结构行为及其承载机理、极限承载力理论计算方法、数值模拟方法等问题进行了深入研究，取得如下成果。.（1）提出了混合结构PBL剪力连接器承载的剪力摩擦理论，揭示了其承载机理，探明其承载机制包括：芯棒钢筋的销栓作用、混凝土榫剪切破坏面及混凝土的侧向膨胀与钢板的剪力摩擦，剪力摩擦对承载力的贡献可达50%以上。这一研究结果纠正了PBL连接器以剪切受力为主的认识，揭示了混合结构和叠合梁中PBL力学性能的不同的原因。基于剪力摩擦理论建立了PBL承载能力计算公式，计算精度达85%以上。. （2）探明了PBL剪力连接器群可分为拟弹性、弹塑性、屈服三个工作阶段，建立了连接器群滑移分布方程；基于弹性地基板理论，结合剪力摩擦理论揭示了加载过程中连接器群内力分布的机理，据此，提出了PBL 连接器群荷载传递模型及求解算法，为连接器群结构行为分析和构造的合理设计提供理论分析方法。.（3）基于金属结构渐进损伤理论，探明了PBL连接器“键群效应”的原因，指出穿孔芯棒钢筋损伤将导致其“索效应”折减和拉力退化，前者导致了销栓作用的退化，后者导致了剪力-摩擦效应的折减，二者的共同作用使得PBL剪力连接器群承载能力低于单键承载力之和，在此基础上提出了PBL 剪力连接器群极限承载力的理论计算公式，解决了工程设计中PBL连接器群力学性能和承载能力依赖于模型试验验证的问题。.（4）引入了混凝土的损伤塑性模型和Haskett剪力-摩擦滑动接触模型，在数值模拟中准确模拟了混凝土榫的剪胀、剪力摩擦、芯棒钢筋的损伤及连接器的屈服强化特征，将单个连接器的数值模拟精度有70%左右提高至90%。在此基础上，提出了PBL剪力连接键群数值模拟的逐步扩大子结构法，为PBL 剪力连接器群结构行为的数值模拟分析提供了新的途径。