【摘 要】
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装配式钢-混凝土组合梁具有提高施工质量,加快施工进度,减少施工过程中对周围环境影响的优势,但目前的研究和应用主要集中于采用栓钉抗剪连接件的现浇钢-混凝土组合梁,对于采用刚性抗剪连接件的组合梁以及装配式钢-混凝土组合梁的研究相对较少,且缺乏系统性。因此本文对装配式钢-混凝土组合梁力学性能进行了抗剪连接件的推出试验以及装配式钢-混凝土组合梁的梁式试验研究,通过ABAQUS有限元软件进行了模型计算和理论
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装配式钢-混凝土组合梁具有提高施工质量,加快施工进度,减少施工过程中对周围环境影响的优势,但目前的研究和应用主要集中于采用栓钉抗剪连接件的现浇钢-混凝土组合梁,对于采用刚性抗剪连接件的组合梁以及装配式钢-混凝土组合梁的研究相对较少,且缺乏系统性。因此本文对装配式钢-混凝土组合梁力学性能进行了抗剪连接件的推出试验以及装配式钢-混凝土组合梁的梁式试验研究,通过ABAQUS有限元软件进行了模型计算和理论分析,并对群钉抗剪连接件和方钢抗剪连接件的抗剪承载力和刚度的计算方法以及装配式钢-混凝土组合梁有效宽度系数的分布规律进行了分析。本文具体内容如下:（1）以预留孔形状、加工工艺、加载制度和抗剪连接件类型为控制参数,其中包含8个群钉抗剪连接件静力加载、8个群钉抗剪连接件重复加载、5个方钢抗剪连接件静力加载以及5个方钢抗剪连接件重复加载的推出试验。通过试验得到了抗剪连接件推出试件的破坏模式、抗剪承载力、抗剪刚度、延性以及界面剪力-滑移关系曲线。试验结果表明,方形预留孔中的群钉抗剪连接件具有更优的抗剪性能;混凝土板的加工工艺对抗剪连接件的抗剪性能影响较小;群钉抗剪连接件和方钢抗剪连接件在重复荷载作用下均具有较好延性,且抗剪刚度衰减均较缓;群钉抗剪连接件推出试验发生栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏,方钢抗剪连接件推出试验发生混凝土局部受压破坏。（2）分别进行了2根简支现浇钢-混凝土组合梁和8根简支装配式钢-混凝土组合梁试验。以预留孔形状、混凝土板宽度、抗剪连接件类型、抗剪连接程度以及加工工艺为参数,对钢-混凝土组合梁的破坏模式、抗弯承载力、挠度、相对滑移进行分析,得到了钢-混凝土组合梁的荷载-挠度曲线、纵向应变沿截面高度分布、混凝土板和钢筋纵向应变的横向分布以及界面剪力-滑移曲线。试验结果表明,装配式钢-混凝土组合梁承载力受预留孔形状影响较小,但采用漏斗形预留孔的钢-混凝土组合梁具有更大的初始剪切刚度;采用1200mm和1600mm混凝土板宽度的组合梁,承载力和刚度几乎相同,说明其有效宽度值小于等于1200mm;方钢抗剪连接组合梁具有更高的抗剪承载力和初始抗剪刚度;采用群钉抗剪连接件的部分抗剪连接组合梁发生抗剪连接件的剪切破坏,其抗剪承载力和刚度明显低于完全抗剪连接组合梁;采用方钢抗剪连接件的部分抗剪连接组合梁发生组合梁的弯曲破坏,说明采用方钢抗剪连接件的组合梁能够采用更大的间距。装配式钢-混凝土组合梁完全能够实现预制混凝土板和钢梁的整体受力性能。（3）基于ABAQUS有限元软件建立了群钉抗剪连接件推出试件的精细化有限元模型。将有限元模型得到的破坏现象和界面剪力-滑移曲线与试验结果进行对比,有限元模型的模拟精度较高。采用试验验证过的有限元模型进行参数化分析,分别改变混凝土强度、栓钉直径、栓钉高度、栓钉之间的纵向和横向间距、灌浆料的强度以及栓钉数量。通过参数分析结果得到群钉抗剪连接件的抗剪承载力和刚度的变化规律。基于文克尔地基模型和推力桩的综合刚度原理得到了栓钉抗剪连接件的刚度理论计算公式,通过有限元参数分析的结果进行拟合,得到关于混凝土材料、栓钉材料、直径以及栓钉数量的群钉抗剪连接件刚度计算公式,并采用试验结果验证了公式的有效性。（4）基于ABAQUS有限元软件建立了方钢抗剪连接件推出试件的精细化有限元模型,将有限元模型得到的破坏现象和界面剪力-滑移曲线与试验结果进行对比,有限元模型的模拟精度较高。采用验证过的有限元模型进行参数化分析,其中分析参数包含灌浆料强度、混凝土板强度、方钢抗剪连接件的尺寸以及混凝土板中纵横向钢筋的直径和强度。基于局部受压力流模型和拉杆-拱模型对方钢抗剪连接件的受力性能进行分析,结合有限元模拟结果得到方钢抗剪连接件的抗剪承载力计算公式,与试验结果对比发现其计算精度较高。（5）基于ABAQUS软件建立了装配式钢-混凝土组合梁正负弯矩区段的精细化有限元模型,其中负弯矩区模型考虑了预应力筋的作用。将有限元模型得到的模拟结果与试验结果进行对比,有限元模型的模拟精度较高。采用有限元模型分别分析正负弯矩区段下混凝土板有效宽度系数沿跨度方向分布情况以及随荷载等级的变化情况,分别进行拟合得到跨中混凝土板的有效宽度系数简化计算公式,有利于工程应用。
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