高强钢与高性能纤维增强混凝土的预制装配式组合梁的基本性能与设计方法研究

Recent years, the development and application of high performance fiber reinforced concrete and high strength steel gained more and more attention in civil engineering. To overcome the difficulty of in-site cast for high performance fiber reinforced concrete and the site-welded difficulty for high strength steel, a novel prefabricated composite beam of high-strength steel and high performance fiber reinforced concrete is proposed. The high strength steel and the high performance fiber reinforced concrete slab is connected through high strength bolted shear connectors. This project focus on the the experimental study on the shear behavior and strength of bolted shear connector, and the flexural behavior and capacity of the prefabricated composite beam. Numerical simulation and theoretical analysis also will be conducted to this research. The results of this research are of significant importance on promoting the development and application of high strength steel and high performance fiber reinforced concrete in composite structural, and providing guidance and suggestion to the their practical application in civil engineering.

近年来，高性能纤维增强混凝土和高强钢在土木工程中得到了越来越多的开发和应用。本项目针对高性能纤维增强混凝土在施工现场不易拌制的缺点，以及高强钢在焊接上存在焊接材料匹配的问题，提出了通过高强螺栓作为剪力连接件，实现预制高性能纤维增强混凝土板与高强钢钢梁进行装配式组合的组合梁构件。本项目以螺栓剪力连接件和新型预制装配式组合梁为研究对象，以试验研究为主，辅以数值模拟和理论分析，对其受力性能和承载力特征进行广泛而深入的研究。项目研究成果对推动新型高强高性能组合结构的开发和应用具有重要作用，对实际工程有指导或借鉴意义。

近年来，高性能纤维增强混凝土和高强钢及其组合构件在土木工程中得到了越来越多的开发和应用。本项目以螺栓剪力连接件和新型预制装配式组合梁为研究对象，系统研究了高强纤维混凝土中的剪力连接件的力学性能，以及采用螺栓剪力连接件的预制装配式组合梁的抗弯性能，揭示了破坏机理和极限承载力的影响规律。重点研究了适用于新型螺栓剪力连接件的受剪机理，提出了其抗剪承载力的计算方法。. 基于高性能纤维混凝土中埋入剪力连接件的推出试验，揭示了剪力件布置方式、剪力件的尺寸和高性能纤维混凝土的纤维混入量对高性能纤维混凝土中的剪力连接件的受力性能的影响机理。基于推出试验结果和精细化有限元参数分析，阐明了单个剪力连接件在高性能纤维混凝土中承载力提高的原因，和多个剪力连接件密布时承载力减小的机理，提出了高性能纤维混凝土中的单个及多个剪力连接件的承载力计算方法。. 为解决传统螺栓剪力连接件由于螺杆与钢梁翼缘之间存在间隙，导致受剪初始阶段存在滑移段的问题，提出了带锥形螺母的新型螺栓剪力连接件，揭示了其受力机理，系统研究了螺母/螺杆直径比、锥形螺母的锥角角度，钢梁翼缘厚度等因素对新型螺栓剪力连接件的力学性能的影响规律，验证了带锥形螺母的新型螺栓剪力连接件能有效提高螺栓剪力连接件的抗剪承载力和受力性能，提出了新型螺栓剪力连接件的抗剪承载力的计算方法。. 提出了基于螺栓连接的预制装配式组合梁的有限元建模方法，开展了基于螺栓剪力连接件的预制装配式组合梁的抗弯性能研究，分析了螺栓剪力连接件的间距，布置方式，螺栓直径以及预紧力大小，混凝土强度，钢梁的强度等参数对预制装配式组合梁抗弯性能的影响。