双钢板-混凝土组合构件中钢筋与栓钉抗剪性能研究
发布时间：2021-12-24 16:58
双钢板-混凝土（Steel-plate concrete,SC）组合结构由两侧钢板、核芯混凝土和抗剪连接件组成。美国西屋公司在AP1000核电站安全壳的设计中采用了SC组合结构型式,并将钢筋与栓钉作为抗剪连接件。钢筋同时连接两侧钢板,栓钉散布在钢板内侧。两侧钢板借助钢筋连为一体,可以作为浇筑混凝土的临时模板。在混凝土浇筑施工阶段省去模板支护工序,从而缩短施工周期,降低建设成本,并带来较好的经济效益。在SC组合结构中,钢筋与栓钉是保证钢板与混凝土协同工作的关键部件,也是最薄弱的部件。钢筋与栓钉在往复荷载作用下的抗剪性能直接关系到SC组合结构抗震性能的发挥。目前,针对SC组合结构中钢筋在往复荷载作用下抗剪性能的研究尚未开展。考虑到SC组合结构中同时采用钢筋和栓钉,对于钢筋和栓钉抗剪性能的差异也值得深入研究。本文进行了单向荷载和往复荷载作用下钢筋与栓钉推出试验和有限元模拟研究。同时,结合现有SC组合梁抗弯试验结果和数值模拟结果,对SC组合悬臂梁中钢筋的受力机理进行分析。本文的主要研究内容如下:（1）开展了单向荷载作用下采用坡口焊的钢筋与栓钉的推出试验,研究了直径对钢筋与栓钉抗剪性能的影响,对...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
AP1000核电站结构示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-在AP1000核电站SC组合安全壳中采用了钢筋和栓钉作为抗剪连接件。钢筋同时连接两侧钢板，栓钉散布在钢板内侧（图1-2）。在施工阶段，通过钢筋连接的两侧钢板，可以作为浇筑混凝土的临时模板，进而可以省去混凝土模板支护工序，从而显著降低施工周期，节省建设成本。因此，SC组合结构在大体积混凝土结构的应用能够带来显著的经济效益[3]。美国普渡大学Varma教授的研究团队，自2009年开始，对SC组合结构构件进行了一系列的试验研究和数值模拟分析[4-14]。图1-2SC组合结构示意图Fig.1-2SchematicdiagramofSCcompositestructure在进行SC组合结构平面外受弯承载力设计时，必须首先保证抗剪连接件能够提供足够多的界面剪力，使得钢板与混凝土始终保持协同工作。对于钢筋而言，不仅在SC组合结构界面内提供剪力，还在SC组合结构受平面外荷载作用时提供斜截面内的拉力，类似于钢筋混凝土结构中的箍筋[15,16]。在SC组合结构抗剪连接件的设计中，除了考虑其抗剪性能，其在组合结构中的受力机理也是至关重要的。从现有的往复荷载作用下栓钉的推出试验研究结果来看，往复荷载作用下栓钉的抗剪承载力显著低于单向荷载作用下的抗剪承载力[17]。往复荷载作用下抗剪连接件抗剪性能的下降，极易造成界面内抗剪连接件过早发生断裂，进而影响SC组合结构的抗震性能的发挥。因此，本文针对钢筋和栓钉在单向荷载和往复荷载作用下的抗剪性能进行推出试验研究。同时，对钢筋钢筋栓钉钢板SC圆筒墙钢板
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-12-作为抗剪连接件，长栓钉与受拉钢板连接，短栓钉与受压钢板连接。栓钉的抗剪承载力为栓钉推出试验中的抗剪承载力实测值。SC组合梁的抗剪连接度由受拉区所有栓钉抗剪承载力之和与受拉区钢板的屈服抗拉承载力的比值。Wright等人提出了SC组合梁受弯承载力计算公式（图1-3），该公式以受拉钢板达到抗拉屈服承载力作为计算依据。将SC组合梁受弯承载力试验结果和理论计算结果的比值与抗剪连接度的变化关系曲线绘制于图1-4中。从试验结果来看，当抗剪连接度达到1.5以上时，SC组合梁受弯承载力能够达到理论受弯承载力，即受拉钢板达到屈服抗拉承载力。Wright等人认为，出现这一现象的主要原因是由于SC组合梁内混凝土开裂导致栓钉的抗剪承载力和抗剪刚度有所下降。因此，Wright等人建议对栓钉的抗剪承载力进行折减，折减系数为50%。图1-3SC组合梁平面外受弯承载力设计公式（Wright等人[19]）Fig.1-3Formulaforout-of-planebendmomentofSCcompositebeam(Wrightetal.[19])图1-4SC组合梁受弯承载力比值-抗剪连接度关系曲线（Wright等人[19]）Fig.1-4FlexuralcapacityratioofSCcompositebeam-shearconnectionratio(Wrightetal.[19])1996年，Roberts等人[20]在进行SC组合梁平面外抗弯试验研究中，对界面内的栓钉的滑移量进行测量。从测量结果来看，越靠近跨中处的栓钉的滑移量越校在SC组合梁末端，受到垫块摩擦力的影响，栓钉的滑移量有所下降。受拉钢板拉力混凝土压力受压钢板压力
【参考文献】：
期刊论文
[1]往复荷载下钢结构节点的超低周疲劳断裂预测[J]. 廖芳芳,王伟,陈以一. 同济大学学报(自然科学版). 2014(04)
[2]焊钉连接件抗剪承载力试验研究[J]. 王倩,刘玉擎. 同济大学学报(自然科学版). 2013(05)
[3]钢板-混凝土组合梁的非线性有限元分析[J]. 赵洁,聂建国. 工程力学. 2009(04)
博士论文
[1]核设施钢板组合墙面外抗剪性能研究[D]. 覃锋.哈尔滨工业大学 2015
[2]钢板夹芯混凝土组合梁力学性能与破坏机理研究[D]. 夏培秀.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]双钢板—混凝土组合梁拟静力试验研究[D]. 卢显滨.哈尔滨工业大学 2015
[2]钢板—混凝土组合悬臂梁拟静力试验研究[D]. 路冰.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3550861
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
AP1000核电站结构示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-在AP1000核电站SC组合安全壳中采用了钢筋和栓钉作为抗剪连接件。钢筋同时连接两侧钢板，栓钉散布在钢板内侧（图1-2）。在施工阶段，通过钢筋连接的两侧钢板，可以作为浇筑混凝土的临时模板，进而可以省去混凝土模板支护工序，从而显著降低施工周期，节省建设成本。因此，SC组合结构在大体积混凝土结构的应用能够带来显著的经济效益[3]。美国普渡大学Varma教授的研究团队，自2009年开始，对SC组合结构构件进行了一系列的试验研究和数值模拟分析[4-14]。图1-2SC组合结构示意图Fig.1-2SchematicdiagramofSCcompositestructure在进行SC组合结构平面外受弯承载力设计时，必须首先保证抗剪连接件能够提供足够多的界面剪力，使得钢板与混凝土始终保持协同工作。对于钢筋而言，不仅在SC组合结构界面内提供剪力，还在SC组合结构受平面外荷载作用时提供斜截面内的拉力，类似于钢筋混凝土结构中的箍筋[15,16]。在SC组合结构抗剪连接件的设计中，除了考虑其抗剪性能，其在组合结构中的受力机理也是至关重要的。从现有的往复荷载作用下栓钉的推出试验研究结果来看，往复荷载作用下栓钉的抗剪承载力显著低于单向荷载作用下的抗剪承载力[17]。往复荷载作用下抗剪连接件抗剪性能的下降，极易造成界面内抗剪连接件过早发生断裂，进而影响SC组合结构的抗震性能的发挥。因此，本文针对钢筋和栓钉在单向荷载和往复荷载作用下的抗剪性能进行推出试验研究。同时，对钢筋钢筋栓钉钢板SC圆筒墙钢板
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-12-作为抗剪连接件，长栓钉与受拉钢板连接，短栓钉与受压钢板连接。栓钉的抗剪承载力为栓钉推出试验中的抗剪承载力实测值。SC组合梁的抗剪连接度由受拉区所有栓钉抗剪承载力之和与受拉区钢板的屈服抗拉承载力的比值。Wright等人提出了SC组合梁受弯承载力计算公式（图1-3），该公式以受拉钢板达到抗拉屈服承载力作为计算依据。将SC组合梁受弯承载力试验结果和理论计算结果的比值与抗剪连接度的变化关系曲线绘制于图1-4中。从试验结果来看，当抗剪连接度达到1.5以上时，SC组合梁受弯承载力能够达到理论受弯承载力，即受拉钢板达到屈服抗拉承载力。Wright等人认为，出现这一现象的主要原因是由于SC组合梁内混凝土开裂导致栓钉的抗剪承载力和抗剪刚度有所下降。因此，Wright等人建议对栓钉的抗剪承载力进行折减，折减系数为50%。图1-3SC组合梁平面外受弯承载力设计公式（Wright等人[19]）Fig.1-3Formulaforout-of-planebendmomentofSCcompositebeam(Wrightetal.[19])图1-4SC组合梁受弯承载力比值-抗剪连接度关系曲线（Wright等人[19]）Fig.1-4FlexuralcapacityratioofSCcompositebeam-shearconnectionratio(Wrightetal.[19])1996年，Roberts等人[20]在进行SC组合梁平面外抗弯试验研究中，对界面内的栓钉的滑移量进行测量。从测量结果来看，越靠近跨中处的栓钉的滑移量越校在SC组合梁末端，受到垫块摩擦力的影响，栓钉的滑移量有所下降。受拉钢板拉力混凝土压力受压钢板压力
【参考文献】：
期刊论文
[1]往复荷载下钢结构节点的超低周疲劳断裂预测[J]. 廖芳芳,王伟,陈以一. 同济大学学报(自然科学版). 2014(04)
[2]焊钉连接件抗剪承载力试验研究[J]. 王倩,刘玉擎. 同济大学学报(自然科学版). 2013(05)
[3]钢板-混凝土组合梁的非线性有限元分析[J]. 赵洁,聂建国. 工程力学. 2009(04)
博士论文
[1]核设施钢板组合墙面外抗剪性能研究[D]. 覃锋.哈尔滨工业大学 2015
[2]钢板夹芯混凝土组合梁力学性能与破坏机理研究[D]. 夏培秀.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]双钢板—混凝土组合梁拟静力试验研究[D]. 卢显滨.哈尔滨工业大学 2015
[2]钢板—混凝土组合悬臂梁拟静力试验研究[D]. 路冰.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3550861
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