负载能力的钢与混凝土组合桥楼甲板板鹿腿画廊

文摘

一个创新的钢铁和混凝土组合桥楼甲板板使用弯曲的酒吧和环氧树脂作为剪切连接器。四块标本与不同类型的混凝土被制造和测试研究积极的和消极的时刻的负载能力地区的石板。标本的开裂和极限负荷记录并与计算结果通过理论和设计荷载的钢筋混凝土桥面板。发现钢筋混凝土理论通常可以申请该板。的有效性提出了板的抗剪连接件的设计验证。同时,鹿腿画廊的不利影响的剪切能力积极时刻地区的钢铁和混凝土组合桥楼甲板板被观察到。

1。介绍

核心筒复合(SCC)板一直是一个具有成本效益的解决方案桥楼甲板板在过去的几十年里1]。这种类型的桥楼甲板板需要较少的支持梁在建筑工地。的特定应用程序中使用的大跨度情况下,钢筋混凝土板的使用是不可行的。

在SCC板实现所需的混合作用,剪切连接器需要转移钢铁和混凝土构件之间的剪切力。因此,它们的重要组件-成员,和失败等组合成员的行为模式,承载能力和变形行为明显受到剪切连接器的特性的影响。目前,有很多类型的剪切连接器可用。虽然领导钉是最常见的类型的抗剪连接件,他们可能不适合复合材料板因为焊接质量的钉薄钢板是怀疑2]。与此同时,据报道,过早裂缝会发生在领导的头螺栓由于混凝土的局部应力集中3,4),如图1(一)。最近,应用复合材料板的穿孔肋骨被报道(5- - - - - -9]。尽管他们有大量剪切能力和疲劳强度,他们可能会导致潜在的祸患。如图1 (b),过早脱胶的混凝土钢肋可能发生,加速疲劳裂纹的传播提供的接口。与此同时,当地的混凝土的应力集中在肋骨上翼缘仍然是一个关键的考虑。因此,一个有效的剪切连接器的设计必须有更好的组合板。

检查的有效性剪切连接器的设计,测试复合材料板的基本方法。到目前为止,大多数实验研究集中在桥楼甲板板区域积极的时刻。有有限的实验数据可用于复合材料板受到消极的弯曲行为调查。该地区负弯下的板边悬臂等在高混凝土开裂的风险,因为它发生在钢筋混凝土(RC)桥面石板。自SCC板通常是小的深度比钢筋混凝土,这种风险可能会增加和更多的注意被认为是必需的。同时,鹿腿画廊通常用于提高抗剪强度和抗弯强度的负力矩甲板板的区域。然而,鹿腿画廊的影响积极的行为时刻的SCC板还不清楚。因此,研究剪切连接器设计的有效性,组合板的正面和负面的地区与鹿腿画廊应该被测试。

本文提出了一种创新设计的钢铁和混凝土复合甲板板使用弯曲的酒吧和环氧树脂作为剪切连接器。四个SCC板标本鹿腿画廊的负载能力测试评价的积极和消极的时刻区域提出了复合桥面石板。标本的失败过程记录,和关注是写给剪切连接器设计的有效性。实验结果与钢筋混凝土板的设计编码相比,这将有助于为SCC板开发设计规范。

2。提出了甲板板的设计和应用

图2显示的照片SCC桥楼甲板板的钢构件提出了研究。SCC桥楼甲板板由异形钢护板、钢增援,具体的、弯曲的酒吧,和环氧树脂。提出了SCC板的一个独特的特征是弯曲的酒吧和环氧树脂作为剪切连接器抵抗钢护板和混凝土板之间的剪切力。弯曲的酒吧的锚固混凝土是由债券部队钢筋和混凝土之间的界面。因此,局部应力集中的混凝土在鳞状细胞癌则可以避免板弯曲的酒吧。与此同时,由于弯曲钢筋的直径在这项研究中的应用是不大于2倍的钢板的厚度,焊接质量可以根据研究[好控制1]。因此,当与钉,弯曲的酒吧将改善SCC板的疲劳行为。当与穿孔钢肋相比,弯曲的酒吧不会削弱SCC板纵向方向的部分,这可以避免过早开裂混凝土的这个方向。同时,弯曲的酒吧的材料和焊接成本远低于穿孔钢的肋骨。除了酒吧焊接在钢板弯曲,环氧树脂喷射在钢的表面薄膜为了提高钢筋和混凝土之间的界面行为。

如图3,这种类型的桥楼甲板板已经应用于一个在中国的钢铁和混凝土组合桥(10]。图4详细显示板。板有一个明确的横向跨度的长度1700毫米总长度为3360毫米。其纵向跨度长度是6000毫米,大于2倍的横向跨度。因此,板被视为单向板在这项研究中。

钢板是异形形成底部挡板与100毫米高腰。采用6毫米的厚度,以保证焊接质量。底部的混凝土保护层在SCC板不是必需的,所以混凝土板的厚度是设计为150毫米小于传统钢筋混凝土桥面板。此外,领导钉排列在支持转移之间的剪切力SCC桥甲板板和梁。10毫米直径的钢筋被放置在一个100毫米的间距横向和纵向方向形成两层钢筋的网格,用来抵抗弯矩在两个方向和控制裂缝。

SCC桥甲板板使用弯曲的酒吧和环氧树脂作为剪切连接器将界面的剪切力混凝土和钢板。这些剪切连接器应该确保接口的安排有足够的抗剪强度抵抗剪切力。与单元板部分宽度下垂直剪切载荷P剪切,剪切力由一个连接器的接口可以通过计算(1)。 在哪里是第一个钢板的时刻;板部分的转动;b是单位宽度;p抗剪连接件的间距在板的纵向方向;和n是板的横向剪切连接器的方向。然后,弯曲的酒吧和环氧树脂的剪切强度应大于V_sd。 在哪里和是弯曲的酒吧和环氧树脂的剪切强度,分别。

图5显示了弯曲的酒吧是由10毫米直径普通钢筋滚。弯曲钢筋的抗剪强度可以通过(3)。 在哪里V_党卫军,b是一个弯曲钢筋的抗剪强度;一个_年代,b弯曲钢筋的截面面积;和f_年代,b是钢铁材料的设计强度。钢板的表面环氧树脂应用如图6。提供的工程性能的环氧树脂制造商。环氧混凝土与钢筋之间的债券可以提供3.0 MPa的正常强度和剪切强度为12.0 MPa在正常温度。基于上面的方程中,弯曲的酒吧被放置在一个200毫米的间距横向纵向的方向和400毫米。

3所示。实验程序

完全4桥楼甲板板标本进行了探讨总结如表1。字符“P”和“N”代表积极的和消极的时刻区域,分别。P1和P2配置的单跨悬臂梁和两个优势。其余的标本前的一半。两种类型的混凝土。一个是聚合物改性混凝土(PMC),另一种是普通混凝土(OC)。为了评价混凝土的抗压强度和抗拉强度的影响在SCC桥楼甲板板的行为,PMC复合是精心设计的,以便PMC较小的混凝土抗压强度,但混凝土的抗拉强度比OC。板的结构行为的位移,当地的应变,开裂的标本主要关注。

3.1。测试地区积极的时刻

两个全面SCC桥楼甲板板标本1200毫米宽在四点弯曲加载测试。如图72000 kN的装载设备被用来分配梁上施加一个同心负载,负载的价值是衡量一个负载细胞。是分布式的负载板通过棒直径100毫米和20毫米的钢板厚度,导致两行加载相同的试样的宽度。采用剪切的600毫米。100毫米直径的钢棒被放置在两个钢板获得简单的支持条件。加载程序对两个标本是相似的。第一个装卸循环的最大负载大于裂解加载预压后应用负载的控制之下。然后,标本在位移控制加载失败。

3.2。测试负力矩

如图8,悬臂的标本进行测试是捏造的一半的四点弯曲试验。测试有类似的加载程序。如图9500 kN的装载设备被用来应用钢梁上的集中荷载,这导致线路负荷左边的标本和700毫米远离支持,而右边的标本是由钢架固定。位移控制使用,测试终止时的最大冲程杰克达成或标本的位移显著增加。

3.3。的设备

所有的标本都同样检测。应变仪安装在钢筋和钢板和混凝土块表面的三个关键部分标本。如图10 ()P1和P2标本,附近的三个部分是支持(部分)、剪跨(B)节,跨中(C)节,分别。在N1和N2标本,它们承载板附近(部分),在剪跨(部分B),支持(C)节,分别如图10 (b)。特别,为了研究的行为倾向酒吧、应变仪安装在酒吧,如图11。

裂缝宽度也记录了裂缝观测设备精度为0.01毫米。裂缝模式也吸引。位移传感器是测量垂直位移沿标本。所有的测量传感器除了裂缝测量装置被连接到一个数据采集设备。

3.4。材料

10毫米直径的钢筋HRB400E钢筋屈服强度400 MPa,保证实际的屈服强度和抗拉强度450 MPa和650 MPa进行测试,分别。同时,HPB300钢筋用于弯杆剪切连接器的屈服强度420 MPa。耐候钢的钢板和肋骨Q355qENH 400 MPa的拉伸屈服应力和最大应力540 MPa。

C45年级的普通混凝土,这是经常使用在桥梁设计中,选择两个标本。Polymer-mixed混凝土复合应用于其他两个标本。混凝土的混合比例是列在表中2。的照片被展示在图使用的材料12。表3显示了这些混凝土复合材料的材料性能测试的那天桥梁板进行测试。与普通混凝土相比,PMC小立方抗压强度()和杨氏模量(),较大的抗弯强度()。混凝土抗拉强度()和柱抗压强度(通过FIB)计算模型代码201011]。

4所示。测试的结果和讨论积极的时刻

4.1。测试结果

以下4.4.1。失效模式

图13显示了试样的失效模式。在这两个标本,裂缝开始从鹿腿画廊。初始裂纹发生突然和诱导形钢板与混凝土板的鹿腿画廊。伴随裂缝传播加载点和裂缝宽度增加,剥离观察鹿腿画廊的底部。最后,标本主要剪切压缩模式的失败。一个拱门被认为是在上部形成主要的裂纹。这个拱门代表视图的压杆strut-tie建模。在紧张工作的同时,钢板张力线,这是固定在极端的结束。

4.1.2。荷载位移关系

沿纵向方向偏转变化在不同加载水平呈现在图14。剪切裂缝发生后,侧板的剪切裂缝发生较大的变形。附近的剪切变形两个支持比跨中弯曲变形要大得多。

P1和P2标本的荷载位移曲线和不同类型的混凝土进行比较,如图15。后的曲线有一个突然降低刚度线性弹性区约300 kN,可见剪切裂缝出现之后。剪切开裂载荷两个标本是相同的。然后,两个标本接受postcracking非弹性变形。表4总结了开裂荷载和极限荷载。P2标本的负载能力是1.5倍的P1标本。P2的位移极限载荷为38.2毫米,而P1的位移是26.1毫米。这意味着更高的延性的P2,这意味着,在P2,更多的能量被消耗之前失败比P1。

4.1.3。应变的结果

部分C的纵向压力P1和P2标本沿板的高度进行描述,如图16,顶部和底部纵向压力应变仪的结果位于横截面的中心。它可以发现在剪切裂缝发生之前,弯曲后的部分几乎保持平面。然而,剪切开裂后,混凝土抗压压力迅速增加。标本失败时,混凝土抗压压力下1500με和钢板的菌株达到约400με,失败是小于混凝土和钢铁材料的菌株。因此,部分C没有达到其抗弯能力,弯曲的标本没有失败。

为了显示试件的破坏过程,应变的结果在第一次加载周期部分(部分B)的主要剪切裂纹P1和P2标本策划反对跨中截面的位移图17。应变仪的结果按顺序从上到下的石板画,没有之一。12,没有。8仪表的钢板。两个截然不同的阶段剪切开裂前后观察。为标本,第一阶段为特征的线性应变值和同步增加这些应变仪。因此,截面保持飞机在这个阶段,和梁行动成为主流。在第二阶段,P1标本,观察压缩应变而突然增加拉伸应变几乎保持不变。它表明,压力在这一节中迅速重新分配和拱行动来到现实。P1标本的行为,不同菌株的P2标本几乎保持不变,直到一个轻微的调整发生在6毫米的位移。 This more ductile behavior after shear cracking in P2 specimen is consistent with the findings in load-displacement curves.

应变仪的结果在三个弯曲的酒吧P2标本图所示18。51号没有。52,没有。53应变仪在弯曲的酒吧35厘米,55厘米,分别和75厘米的支持。当负载小于180 kN,菌株的弯曲的酒吧几乎保持为零。随着剪切力抵抗弯曲的酒吧相对滑移成正比,这表明在低负荷阶段可以忽略,因为相对滑移的环氧树脂具有非常大的剪切刚度。然后,没有压力。51也没有。52指标增加的负载,越接近弯杆的支持,压力越大。因此,附近的相对滑移的支持是最大的。 Meanwhile, the bent bar at the pure bending region had the smallest strain, which means that full composite action between the steel plate and concrete slab was achieved.

4.2。容量计算

4.2.1。准备剪切开裂荷载

在P1和P2标本、剪切裂缝发起在应力集中的点应力状态复杂。然而,由于剪切开裂前的标本在一个压力小的国家,它是合理的假设钢材和混凝土材料在弹性状态。基于这样的假设,剪切应力和拉伸应力由于剪切载荷和弯矩计算得到主拉应力在临界点(12]。 在哪里主拉应力;和分别是正应力和剪切应力;截面的弯矩;是剪切开裂荷载;是部分的面积,包括钢筋的面积和盘子,转化为一个等价的混凝土构件;是部分的惯性;和是到中性轴的距离底部拉伸纤维的混凝土。在临界点计算压力组件,剪切应力是只有10%的正常压力。正常压力的主拉应力更大的贡献。然后,剪切开裂荷载计算基于的原则剪切开裂发生在主拉应力等于混凝土的抗拉强度。

4.2.2。抗剪强度

鹿腿画廊的一个主要特点是复合材料板测试。钢筋混凝土构件,相信最终的钢筋混凝土构件的抗剪能力加腋角的函数,因为拉伸角度的倾向由于鹿腿画廊(13]。如图19,拉伸力倾向和引入了一个组件横向轴的成员。然后,试样的剪切能力等于

自和 ,然后 在哪里是加腋板的抗剪强度;是移动板的抗剪强度相同的有效深度的关键部分;钢板的张力;从水平角的鹿腿画廊的斜率;的斜率的角度吗从水平;的垂直分量吗导致外部剪切力;的水平臂节,被认为;d的有效高度;和支持和之间的距离是关键部分。

而不是从水平的原始几何角鹿腿画廊,从横向的角度钢板作为极限荷载 ,小于原来的一个由于钢板之间的分离和混凝土板如图13。然后,根据程序计算了JSCE标准(14),钢板被假定为钢筋。最后,极限荷载计算 。表5显示一些重要值在计算。

4.3。讨论

在表4根据规范,设计负载确定JTG d62 - 2004 (15]。米_d是设计的跨中截面宽度为1.2米;V_{d, fl}时的负载中跨部分到达的时刻吗米_d,V_{d, fl}= 2米_d/l年代;V_d,年代2倍的设计板的剪切力。它可以发现,P1和P2标本的剪切开裂荷载的1.91和2.35倍设计剪切荷载,分别。和剪切强度的2.35和3.59倍设计剪切荷载,分别。这是证实了积极的时刻提出区域SCC桥楼甲板板有足够的承载能力。

总结了计算结果表4并与实验结果图20.。P1和P2,剪切开裂荷载的计算结果接近实验结果。然而,由于剪切应力会大由于不连续面几何标本,这些简单的方程式可能低估了主拉应力和高估了开裂荷载。

P1和P2标本的抗剪能力,计算结果是可以接受的。如表所示5,P1和P2标本是小于42.7%和41.3% ,分别。的不利影响鹿腿画廊的剪切能力积极时刻观察SCC桥楼甲板板区域。因此,坡鹿腿画廊的水平应该是精心设计的。

5。结果与讨论负力矩的测试区域

5.1。测试结果

5.1.1。失效模式

如图21,最终破解的N1和N2记录和绘制square-dotted 10厘米的网格。一般来说,裂缝间距约为15厘米。然而,更多的裂缝在N1标本观察。这可能是由于纤维在混凝土中使用。在这两个标本,剪切裂缝是由于深度传播后的对角张力的几个弯曲裂缝。这些裂缝发起的数字中高地区板,斜45°,传播到加载区域或板的固定区域,鹿腿画廊。然后,剪切裂缝宽度与位移载荷增加,和脱胶观察混凝土的钢板在底部一侧的腰。这一行动伴随着剪切裂缝,只发生在剪切裂缝出现的地方。

5.1.2中。荷载位移关系

图22显示了位移传感器的结果在几个加载阶段。突然改变位移和大塑料旋转被发现在部分B;因此,塑料铰链与大型旋转能力应该在N1和N2标本。

图23显示了N1和N2的荷载位移响应的标本。反应是相似的,而25% N2的装载能力大于N1。基于可视监控,弯曲开裂载荷73 kN, N1和N2 82 kN,分别。开裂前两个标本的行为差异很小,虽然后来增加。N1的荷载位移曲线往往是平后30毫米的位移,而其余N2的能力往往会增加。这个观察是一致的P1和P2标本。的开裂荷载和极限荷载的标本进行了总结表6。

5.1.3。应变的结果

图24显示了应变仪的结果集的上层钢筋和钢板。这表明菌株在钢筋混凝土时迅速增加破解,达到2500微应变标本时失败了。钢筋已经产生了。然而,在压缩区,没有。8应变仪的钢板证明钢板还没有产生在两个标本。因此,试样的加载能力由钢筋屈服强度的控制。

5.2。容量计算

5.2.1。弯曲开裂荷载

拉应力时,混凝土板的顶部表面超过混凝土抗弯强度,弯曲裂缝形式。然后,

弯曲开裂荷载可以计算从开裂的时刻

5.2.2。剪切开裂荷载

所需的剪切力导致N1和N2标本第一剪切裂缝计算根据(12),这是一个半经验半理论公式 在哪里的比例是钢筋和和弯矩和剪切载荷部分,分别。

5.2.3。抗弯强度

图25显示板的部分。弯曲强度计算的主要假设如下:(1)混凝土的抗拉强度是被忽略的;(2)钢板和混凝土板是完全合成的;和(3)钢钢筋强调设计屈服强度。然后,中性轴的位置可以决定躺在钢板内部,这意味着压缩混凝土被忽视的贡献。极限荷载是通过目前强度单位宽度的板可以通过只有一个简单的计算方程: 在哪里和是每个钢筋层的区域;钢筋的屈服应力;钢板的厚度;和是距离钢纤维钢筋极端紧张的中心。

极限载荷可以从抗弯强度计算

6。讨论

在表6根据规范,设计负载确定JTG d62 - 2004 (15]。可以看出N1和N2标本的弯曲开裂荷载小于设计剪切荷载,而剪切开裂荷载和极限载荷超过1.5倍设计剪切载荷。因此,可以得出结论,提出了SCC的倾覆力矩地区桥面板有足够的承载能力。

N1和N2标本,预测弯曲开裂载荷和剪切开裂荷载接近实验的,如图26。与此同时,预计最终加载实验的约0.9倍。低估是因为在实验中,观察大品种钢钢筋屈服后发生应变硬化。一般来说,假设计算负载能力是可以接受的。

7所示。结论

一个创新的钢铁和混凝土组合桥楼甲板板使用弯曲的酒吧和环氧树脂作为剪切连接器。提出了板的四个标本使用正常和polymer-mixed混凝土制造和测试。标本的开裂和极限载荷。实验能力进行了比较和计算的设计载荷。获得以下结论:(1)通过比较板能力和设计载荷,可以得出结论,提出了SCC的积极和消极的时刻地区桥面板有足够的承载能力。(2)避免了混凝土与钢筋之间的相对滑移弯曲的酒吧和环氧树脂的适当安排。因此,纵向剪切破坏并没有发生在标本。(3)钢筋混凝土板的设计公式同样适用于提出SCC桥楼甲板板。预测的弯曲开裂荷载,剪切开裂荷载和极限载荷接近实验的。(4)的不利影响鹿腿画廊的剪切能力积极时刻观察SCC桥楼甲板板区域。通过理论计算,发现剪切P1和P2标本分别为42.7%和41.3%的优势减少由于鹿腿画廊,分别。

总之,剪切连接器设计的有效性提出SCC桥楼甲板板通过测试验证四块标本。同时,鹿腿画廊的影响从积极的行为时刻地区SCC板的评估。考虑到先进的复合桥面的石板,作者认为本研究应该提供一个线索,动机未来研究这个主题。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究进行期间第一作者的学术呆在东京大学的土木工程系在日本与中国的金融支持奖学金委员会(CSC)。的援助。

引用

1. 松井,桥石板Morikita出版,东京,日本,2007年,在日本。
2. 松井,h·佐佐木、y Fukumoto和s . Kajikawa“疲劳核心筒复合甲板受到移动轮载荷,”结构工程杂志33卷,第420 - 409页,1988年,在日本。视图:谷歌学术搜索
3. h .居然和美国松井”,对钢筋混凝土板的冲剪疲劳强度评估复合甲板,”结构工程杂志,卷64,不。1、60 - 70页。2008年,在日本。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. h .居然和美国松井”,评价抗剪螺栓的疲劳强度钢混凝土板复合甲板,”结构工程杂志,卷64,不。4,第777 - 765页,2008年,在日本。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. h . y . Kim和y . j .宋”实验调查行为核心筒复合桥甲板perfobond肋骨,”结构钢研究杂志》上,卷62,不。5,463 - 471年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. h . y . Kim和y . j .宋”,核心筒复合桥面与异形板布”,结构钢研究杂志》上,卷65,不。8 - 9,1751 - 1762年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. h . y . Kim和y . j .,在“终极力量的核心筒复合桥面与异形板薄膜,”工程结构,32卷,不。2、534 - 546年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. c .富士山和k . a . Maekawa”计算模拟核心筒的损伤机制,高周疲劳载荷作用下复合材料板”先进的混凝土技术杂志》上,9卷,不。2、193 - 204年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. c .富士山、t . Matsumura和t . Takasuka”失败的过程核心筒复合桥面承受重复移动负载在三维非线性有限元分析,“JSCE杂志,卷70,不。2、227 - 237年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. j .他y . Liu x徐et al .,“承载能力综合评价与波纹网和钢管板箱形梁,“结构工程与力学,50卷,不。4、501 - 524年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 无伤大雅的谎言,心房纤颤模型代码2010 -最终稿,卷1,公告,2010年瑞士洛桑。
12. r .公园和t .集集大钢筋混凝土结构新泽西州霍博肯市约翰·威利& Sons,美国,1975年。
13. a . Tena-Colunga h . i Archundia-Aranda, O。m . Gonzalez-Cuevas”行为的钢筋混凝土加腋梁受到静态剪切加载,”工程结构,30卷,不。2、478 - 492年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. jsce -细胞- 2007,混凝土结构的标准规范,日本土木工程协会,东京,日本,2007年,在日本。
15. 中国通信,代码设计公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁和Culverts-JTG d62 - 2004中国,中国交通出版社,北京,2004年,在中国。

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