CHINAEARTHQUAKEENGINEERINGJOURNAL
地 震 工 程 学 报
Vol.41 No.1
,Feb.2019
2019.01.023
]::/寇立亚.地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析[地震工程学报,J.2019,41(1)23G28.doi10.3969.issn.1000-0844.j
,()::/ineerinournal2019,41123G28.doi10.3969i.ssn.1000-0844.2019.01.023ggJj
[]KOULia.UltimateBearinaacitftheJointSectionsofMixedBridesunderEarthuakeActionJ.ChinaEarthuakeEnGygCpyogqq
地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析
寇立亚
未考虑贯穿钢筋对混合摘要:采用Nishiumi算法分析地震作用下混合桥结合段的极限承载力时,桥结合段剪力键承载力的影响作用,分析出的极限承载力结果与实际结果差异较大.提出新的地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析方法.通过分析计算得到栓钉类剪力键和钢筋混凝土柱类剪力键的极限承载力,设计新的极限承载力分析试验,通过设计剪力键试件、试件地震加载和试验测试点安置和测试内容安排,分析地震作用下混合桥结合段剪力键的极限承载力.分析结果说明,所提方法可准确分析地震作用下混合桥结合段剪力键的极限承载力,且分析得到的极限承载力结果与实测结果几乎一致,误差不超过7%.
:/DOI10.3969i.ssn.1000-0844.2019.01.023j
关键词:地震作用;混合桥;结合段;极限承载力;剪力键;地震加载
()中图分类号:U448 文献标志码:A 文章编号:1000-0844201901-0023-06
()江苏城市职业学院建筑工程学院,江苏南京2河海大学土木交通学院,江苏南京21.10014;2.10004
UltimateBearinaacitftheJointSectionsofgCpyo
MixedBridesunderEarthuakeActiongq
(1.ColleeoonstructionEnineerinCitocationalColleeoiansu,Nanin10014,Jiansu,China;gfCgg,yVgfJgjg2gKOULiay
theanalsisresultsofultimatebearinaacitreconsiderablifferentfromtheactualresults.ygcpyaydinaacitiesofthestudGteandtheRCcolumnGteshearconnectorswereobtainedthrouhaGgcpypypg
,nalsisandcalculationandanewultimatebearinaacitnalsistestwasdesined.Usintheygcpyaygg
,,desinoftheshearconnectorsecimenstheseismicloadinfthesecimensandthetestarGgpgop,ranementtheultimatebearinaacitftheshearconnectorintheointsectionsofahbridggcpyojybridewasanalzedunderearthuakeaction.TheanalsisresultsexhibitedthattheproosedgyqypAnewanalsismethodhasbeenproosedinthisstudithresecttotheultimatebearinaGypywpgc
,acitftheointsectionsofahbridbrideunderearthuakeaction.FurthertheultimatebearGpyojygq
ofthehbridbrideisnotconsideredwhentheNishiumialorithmisusedforanalzintheultiGyggyg
;,matebearinaacitftheointsectionsofhbridbridesunderearthuakeactionthereforegcpyojygq
:AbstractTheeffectofthrouhGreinforcinebaronthebearinaacitftheshearconnectorsggrgcpyo
2.Civil&TraicCollee,HohaiUniversitNanin10004,Jiansu,China)ffgy,jg2g 收稿日期:2018G05G23
);江苏省高等学校自然科学研究项目(;国家自然科学基金青年项目( 基金项目:5160811613KJB580002)2018江苏省高职院校专业,:寇立亚(女,河北保定人,在读博士研究生,副教授,研究方向:钢混凝土组合结构.E 作者简介:1974-)GGmailkoko93@163.com.
)带头人高端研修项目(2018GRFX013
24地 震 工 程 学 报 2 019年
methodcanaccuratelnalzetheultimatebearinaacitftheshearconnectorinthejointyaygcpyo
;sectionsofahbridbrideunderearthuakeactiontheanalsisresultswerealmostthesameasygqy
;nectorseismicload
themeasuredresultsandexhibitedadifferenceoflessthan7%.
:;m;;;KewordsearthuakeactionixedbrideointsectionultimatebearinaacitshearconGqgjgcpyy
0 引言
钢筋混凝土复合混合结构在桥梁建筑结构中G
应用逐渐增多,作为混合桥核心构件的结合段,对其在强烈地震影响下的受力和承载力研究较为落后,结合段中横向钢筋位置影响系数;1和β2均为回归β5]
.系数[
)~()中设计栓钉的抗拉强度和横截面式(13
积分别用t和Ms表示;混合桥结合段混凝土材料的地震对混合结构桥梁造成较大影响,容易导致混合桥结合段出现断裂、变形问题,大大降低结合段的承载力.为了提高混合桥结合段的抗震性能,采用有效方法分析混合桥结合段的极限承载力,并采用有效措施进行调整,具有重要意义.
现有的混合桥结合段极限承载力研究大多研究
的是钢筋混凝土组合结构的剪力连接件[1
]的方法也以试验为主G
,而对地震作用下钢筋,且采用结合段的极限承载力研究较少.以往的研究中G
混凝土,由于钢筋混凝土混合桥结合段在地震作用力下中钢板产生一股约束混凝土的力量G
,格室[2
]与混凝土间的摩擦力使地震作用下混合桥结合段的
,因此在钢板极限承载力分析结果与实际相差较大[
3]
取地震作用下混合桥结合段的真实极限.承本文为获载力结果,提出一种新的地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析方法,精确分析结合段剪力键的极限承载力.
极限承载力分析方法设计
.1 栓钉类剪力键极限承载力计算
混合桥结合段的关键受力部件为剪力键,而栓
钉类剪力键的应用最为广泛[4
]合桥结合段的极限承载力时,主要分析混合桥结合,分析地震作用下混
段中剪力键的承载力.剪力键的抗剪极限承载力的计算过程如下所示:
Wu式(=0.43MsQctc≤.7Mst (1
)为保守1)中经过多次试验证实后得出的承载力结果较0
,应将公式中的t条件放宽为tu式:
,有如下公Wu=0.43Ms此外一些专家将式(Qctc≤0
.7Mst (2)W1)转换为如下的表达式:u=α1β1MsQct′c+α2β2Mtrty式中:α()1和α2分别为混凝土类型影响因素和混合桥
3弹性模量、圆柱体抗压强度和轴心的抗压强度分别用Qc方向横向钢、t′c和tc表示;将混合桥结合段中栓钉受剪力筋的屈服强度和横截面面积分别用t和Mtr表示;y设计栓钉的极限抗拉强度为和可靠性分析得到如公式Eurocode4
(欧洲规范tu.
(4)依照大量的试验结果中栓钉剪力键极限承载力表达式4)所示的混合桥结合段:
PRd=
{
00.2.89Mοd2stu
/χQcmtck/χWW
(4
)式中:Qcm和tck分别表示混合桥结合段中混凝土弹
性模量的均值和混凝土的标准抗压强度;d为板的孔径大小;栓钉长度的影响系数为ο项安全系数通常为中栓钉剪力键的极1;χ开孔
W表示分限.25承,但文章研究混合桥结合段载力,取该分项安全系数为.21 .
钢筋混凝土柱类剪力键极限承载力计算
nPhearrfdotbo等ndS6对tri剪p剪力键的承载力计算是基于
eo[]
力破坏分析结果获取的,
其表达式如下:
EurocodWeu4=2(πR2/4)×16.Ft′c通过分析地震后混合桥结合段剪力
(5)键大量试验资料,确定将erfobo;nFdSWu均值和其为地震作用力trip剪力键2倍标准差的差值下限当作P的极限承载力;R为混凝土柱半径.根据剪力键在地震作用后是否穿过钢筋,得到两种承载力运算公式:
(1
)W剪力键不穿过钢筋u=(4.31M-121.0×3)/χ (6
)式中:M=πR210
n/Kεcd,40×103
N≤M≤200×合段中混凝土受到地震的抗压强度为03
N,K和n4
分别为钢板的口径和厚度,混合桥结εcd为χ,
构件系数(通常取2
)剪力键穿过钢筋1.
1L11125第4地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析 1卷第1期 寇立亚:
2
ππR2stφ3
式中:M′=εε56×10N≤M′≤380cd+st,
44
3
且φs0N,×1t和εst分别表示穿过混合桥结合段中
钢筋的直径和抗拉强度.
3)/χ Wu=(1.85M′-106.1×10
()7
的抗剪力承载极限Wu,地震作用力往返重复加载,且地震作用力的加载和去除速度均0.7Wu,
一致.
13]
,时的荷载分为7个级别[分别为0.1Wu、0.2Wu,
7]
,的极限承载力结果[但是无法获取剪力键的实际
上述过程得到地震作用下混合桥结合段剪力键
极限承载力,混合桥实际试验得到的承载力水平超出试验的3倍之多,所以要获取精确的混合桥结合段中剪力键的极限承载力与实际水平一致的极限承
载力运算公式,需设计新的试验来实际研究[
8
]. 试验设计
.1 试验试件设计
本文设计了新的试验以分析地震作用下的混合桥结合段剪力键极限承载力.试验中首先需要先根据Eurocode组剪力键试件
4确定试件剪力键的受剪承载力.试验共设置8[9
]件,且试件参数如表1所列.
,各组试验包括3个试
表1 试件设计参数(单位:mm)
Table1 Designparametersofsamp
les(Unit:mm)组别钢筋
钢板
钢板
钢板
开孔版
直径间距高度厚度孔径RRT2RTGTG6G72588
12R8
251RT2526160256RTGG1101252150162565RTG12252121002565RTTGG1134252100222175255
21120277080220105160160800
25254
70800
向混合桥结合段中混凝土,同时连接2个TT形钢翼的边缘板处浇灌
型钢构件为工字钢,该连
接过程通过高强度的螺栓实现[
10
]中为降低开孔板下部混凝土受力产生对连接件抗剪
.试件制作过程力的影响,在开孔板下方安装一块泡沫垫层[
11
]浇灌混凝土前预先留存混凝土试块,目的是为获取.在0m3混凝土的棱柱体弹性模量和抗压强度.
.2 试件地震加载
混合桥结合段剪力键试件的地震作用力加载如图1所示.在平面上放置一些细砂可以促使试件的受力更加均匀;安置两个薄垫片在工字钢的两侧边
缘板处能够使两侧边缘板顶部的受力更加均匀[
12]
在对试件加载地震作用力时,应对一组试件中
.的前2个试件进行单独加载,对第3个试验实施往返重复加载.地震作用力加载前,先预先估计试件
图ig.11 S 混合桥结合段剪力键试件的地震作用加载图
ineitshmeicjolionatdsiencgtidoinasgroafmohybfrsidbhearridcg
oennectorsp
ecimens.3 试验测试点安置和测试内容安排
分别在混凝土块的四周安置一个位移器,通过位移器的数值变化情况实现对试件的极限承载力的
测试[14]
件的地震荷载.测试内容包括相对位移曲线:混合桥结合段中剪力键试
;混合桥结合段中混凝土的裂缝变化情况G
、剪力键试件和穿过的钢筋受损情况以及试件的极限承载力和极限承载力下的相对
位移.
效果验证
实验基于析混合桥结合段中剪力键试件在受到地震作用力后
2.2的剪力键模型试验结果,
获得分的地震荷载震荷载G
相对位移曲线[15
],根据测试结果及地桥结合段剪力键的极限承载力计算公式G相对位移曲线,获取准确的地震作用下混合,如公式(所示,实现混合桥结合段极限承载力的准确分析.
8
)Wu式中:d=1.5(d2-d2s)tck+1.52d2stsk
(8
)s表示混合桥结合段中贯穿钢筋的直径,单位为混凝土的mm;d为开孔板的孔径大小,单位也为标准抗压强度为t钢mm;sk.1,
单位均为剪力键试件承载力分析
MPa.ck,
筋的抗拉强度为根据试验测试结果描绘地震荷载滑移曲线曲线)
,并根据该曲线获取剪力键试件的状态承载G(RG力Wy和对应的抗剪力刚度、极限承载力下的相对
22F2332t3T位移以及抗剪极限承载力Wu.将状态承载力作为试件发生0.用Ks表示抗3mm相对位移时的荷载,
26地 震 工 程 学 报 2 019年
用与混凝土的抗压强度和开孔板孔径相关,贯穿钢筋的影响与其自身的抗拉强度和直径相关.通过对试验得到数据采用最小二乘值法实施回归分析,即获取地震作用下混合桥结合段剪力键的极限抗剪承)].载力表达式[式(8
图3为试件剪力键的极限承载力实际测得的数
mm时的斜率定义;Wu表示剪力键试件可接收的最大地震荷载,最大荷载下测得的位移量即为剪力键试件极限承载力下的相对位移.
限于篇幅的限制,实验仅描绘试件组RTG11的RGT剪力刚度,其可用RGT曲线上通过相对位移0.3
根据试验测试结果得到如图2所示RGT曲线.
)值与采用式(本文方法计算得到数值的对比结果.1图中可以看出混合桥结合段中极限承载力计算结果的差值较小,得到的承载力结果与实际测量值基本相同.
曲线.由试验获取剪力键试件的状态承载力、抗剪力刚度和抗剪力极限承载力结果如表2所示,说明本文方法是一种有效的地震作用下混合桥结合段极限承载力分析方法.
图Fig.22 RTG11组剪力键试件RGT曲线
iRnRGTTcGu1r1vegsroofup
shearconnectorsp
ecimens表2 剪力键试件抗剪力承载性能测试结果Table2 Testresultsofshearstressbearingcapacity
ofshearconnectorsp
ecimens状态承
抗剪极
抗剪极限承
组别/(抗剪力刚度
kNmm-1)
载力对应的相对位移/RRTTGG678/载力限承载力/981kRRTG8
959318N7334k0N3mm
RTG101132
19366.5RTG11118299542508.7RTG1210986246244054.3313.22.7RTTGG11341051149482228123412
365937652
2.32.5.8
.2 性能分析
当混合桥结合段中抗剪力承载力为Wu时,此时混合桥结合段中开孔板中的贯穿钢筋受到剪力发生屈服且混凝土也发生变形.所以分析混合桥结合段中剪力键的极限承载力需要同时考虑开孔板中钢筋和混凝土的作用,混合桥结合段中混凝土抗剪作
图3i 极限承载力实测值与计算值对比结果
Fg.3 Ccaolcmup
laatreadutiveltiremsautlebtsoefmarinegascuarpeadacity
nd为验证本文方法在分析地震作用下混合桥结合段剪力键极限承载力的准确性,设计对比试验.将本文方法与基于Nishiumi算法的极限承载力分析
方法作对比,分析两种方法与实际测量数值的相差结果.分析出的极限承载力用表,将表3描述,且为突出分析结果与实测数据的差异折线图描绘.
3用图4所示的分别将本文方法和基于Nishiumi算法的极限承载力分析方法得到的极限承载力与实测结果进行比较.从表法分析得到的极限承载力与实际结果差异较大3和图4中可以看出,采用Nishiumi算,因为该算法未将贯穿钢筋的受力情况考虑在内,没有效计算出贯穿钢筋对剪力键的影响;而本文方法同时将混凝土和钢筋对剪力键的影响考虑在内,充分分析二者在地震发生时的荷载,分析得出的结果几乎与实测结果相同,误差低于分析地震作用下混合桥结合段剪力键极限承载力上0.07,说明本文方法在效果显著,结果准确性高.
327第4地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析 1卷第1期 寇立亚:
表3 不同方法的极限承载力与实测结果(单位:kN)
:Table3 Ultimatebearinaacitndmeasuredresultsbsinifferentmethods(UnitkN)gcpyayugd
实验测试
编号
123456781011121314159
本文方法38040049060069072083095097010801100118012001370970
实测数据400420460580660750810940100010501080120012301400990
误差-0.05-0.05-0.050.070.03-0.040.020.010.05
基于Nishiumi算法的
极限承载力分析方法
5806606808208609109901240138014001350103014801560890
实测
数据400420460580660750810940100010501080120012301400990
误差0.450.570.480.410.30.21-0.050.250.380.33-0.140.200.110.250.22
-0.02-0.030.030.02
-0.02-0.02
的极限承载力结果较为准确,与实际结果的误差低于0.是一种高精度的地震作用下混合桥结合段07,的极限承载力分析方法.)参考文献(References
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4 结论
本文提出的新的地震作用下混合桥结合段的极限承载力分析方法,主要针对混合桥结合段中剪力键的承载力进行分析,本文能准确分析剪力键的极限承载力原因在于以下几点:
规律可以得出剪力键的极限承载力和刚度运算公式,具有较高承载力运算精度.
影响的同时,将剪力键周围混凝土贯穿钢筋对剪力键的影响考虑在内,综合多方面因素分析,因此得到
()本文方法在分析地震作用对剪力键承载力2
()根据试验测试结果和剪力键的荷载位移1G
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