混合結(jié)構(gòu)中PBL剪力鍵群的力學特性研究.pdf

1、論文首先總結(jié)了當前PBL剪力鍵的研究成果，并在此基礎(chǔ)上，設計了3批次28組較大規(guī)模的PBL剪力鍵試驗，深入研究混合結(jié)構(gòu)中PBL剪力鍵的靜力性能及變形特征，揭示PBL剪力鍵的承載機理，厘清剪力鍵群與單個剪力鍵之間的內(nèi)在關(guān)系，精確評估混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵群的極限承載能力，探索PBL剪力鍵群的荷載傳遞規(guī)律，提出適合于工程計算的PBL剪力鍵群荷載傳遞模型。為此，主要完成了以下六個方面的研究工作:
　　(1)為獲得剪力鍵內(nèi)鋼筋混凝土榫及垂直

2、于開孔板面的約束等微觀力學特征，引入分布式傳感光纖測試系統(tǒng)，有效地捕捉了PBL剪力鍵核心構(gòu)件的應變分布特征;基于彈性地基梁理論和改進的共軛梁理論，分析了穿孔鋼筋的力學行為和變形特性，提出了PBL剪力鍵屈服滑移的理論計算公式;基于對外圍混凝土中橫向鋼筋的分布式應變測量，并結(jié)合理論分析，給出了PBL剪力鍵開孔板界面間豎向滑移與橫向膨脹變形的關(guān)系曲線，為剪力鍵承載機理的研究奠定了試驗基礎(chǔ)。對承載機理試件的試驗研究表明:在剪力鍵屈服滑移以前穿孔

3、鋼筋的銷栓作用對剪力鍵的承載力貢獻較小，而在加載后期，由于穿孔鋼筋剪切曲折引起的“索效應”使得銷栓作用漸趨明顯。
　　(2)根據(jù)混凝土結(jié)合面的剪力傳遞理論，并結(jié)合有限元分析，闡明了基于剪力-摩擦理論的PBL剪力鍵的剪力承載機理，即:混凝土榫在外荷載作用下產(chǎn)生斷裂，斷裂面相對滑移時其骨料的相互嵌鎖導致界面間產(chǎn)生橫向膨脹變形，使得垂直于開孔板面約束鋼筋的反向夾持作用得到逐步發(fā)揮，進而在開孔板開孔附近的橢圓形區(qū)域產(chǎn)生了較大的剪切—摩擦效

4、應，連同開孔板界面間的粘聚力及穿孔鋼筋的插銷作用，構(gòu)成了混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵承載力的三大組成部分。基于對混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵承載機理的分析，給出了PBL剪力鍵單鍵的極限承載力計算公式，與試驗結(jié)果比較表明公式具有較高的精度。
　　(3)混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵與疊合梁PBL剪力鍵力學行為的主要區(qū)別來源于橫向約束的顯著不同，為此基于PBL剪力鍵承載機理的剪力-摩擦理論的相關(guān)限制條件，研究確定PBL剪力鍵橫向約束的上限和下限指標;基于混凝土

5、局部分析的拉壓桿模型和混凝土的局部承壓理論，提出了PBL剪力鍵合理構(gòu)造及具體指標的計算公式，分析研究了多排剪力鍵避免劈裂破壞的理論最小間距需求，為工程設計和應用提供理論支撐。
　　(4)基于非線性有限元數(shù)值模擬方法，引入金屬材料的延性損傷及剪切損傷本構(gòu)模型，深入研究了多排PBL剪力鍵群中穿孔鋼筋的塑形變形、損傷發(fā)展及失效特性，給出了由穿孔鋼筋漸進損傷導致的“索效應”折減系數(shù)和剪力-摩擦效應損傷折減系數(shù)的計算方法，提出PBL剪力鍵群

6、極限承載能力的計算公式;基于大量的PBL剪力鍵的試驗測試數(shù)據(jù)，提出PBL剪力鍵彈性剛度的計算公式;結(jié)合剪力鍵的剪力-摩擦承載機理，綜合確定了混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵群的正常使用極限狀態(tài)指標;基于快速模擬退火算法，提出了準確的多參數(shù)的PBL剪力鍵荷載-滑移本構(gòu)方程。
　　(5)為明晰多排多列剪力鍵之間的相互影響，通過對穿孔鋼筋的夾持力作用的彈簧比擬，基于彈性地基板理論，提出了剪力鍵的影響作用半徑的計算公式?；诜植际焦饫w的剪力鍵開孔板應

7、變分布研究表明:開孔板面沿加載方向的空間應變分布可退化為二維平面化的應變分布;沿加載方向開孔板的歸一化應變可采用Lorentz曲線來表征。基于PBL剪力鍵歸一化應變的Lorentz分布曲線的數(shù)學特征，引入連續(xù)化的分析方法，推導了剪力鍵群豎向受力的基本微分方程，提出了PBL剪力鍵群荷載傳遞模型及其迭代算法。與試驗結(jié)果對比表明，該算法計算方便、理論意義明確，具有足夠的工程精度。
　　(6)為數(shù)值模擬剪力鍵群的承載能力及荷載傳遞行為，引