组合结构栓钉连接件抗拔性能研究

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1、组合结构栓钉连接件抗拔性能研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：马原指导教师：聂建国教授二○一五年六月ResearchontheUpliftPerformanceofHeadedStudsinCompositeStructureThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineeringbyMaYuanThesisSupervisor:ProfessorNieJian

2、guoJune,2015摘要摘要钢-混凝土组合结构因其充分发挥各材料优势、施工便捷、经济效益高，已成为继混凝土结构、钢结构之后广泛应用的结构形式。抗剪连接件作为连接钢与混凝土的构件，是发挥组合作用的关键元件，起到传递剪力、防止掀起的作用。栓钉连接件是最为常见的连接件形式，也是组合结构研究的关键点之一。目前国内外针对栓钉连接件的研究主要针对其抗剪性能，对抗拔性能涉及较少，本文将通过试验、有限元、理论分析相结合的方法，研究栓钉连接件的抗拔性能。主要研究工作包括：（1）整理总结国内外对于栓钉连接件的试验及理论研究现状，提出本文的研究内容和实施计划；（2）应用本文提出的自平衡加载装置对预

3、埋于混凝土的栓钉试件进行拉拔试验，研究其拉拔性能，试验考虑了栓钉埋深、栓钉距自由边距离、多栓钉间距、钢筋情况对试件抗拔性能的影响，试验获得了栓钉破坏、混凝土破坏两种典型的破坏模式，并根据试验结果对影响承载力的因素进行分析；（3）通过总结试验现象，掌握试件传力机制，采用刚塑性分析法推导栓钉抗拔承载力计算公式，推导中比较了多种混凝土破坏准则，最终选用双剪切三参数破坏理论，理论计算结果与试验值吻合良好，并通过引入考虑栓钉边距、栓钉间距的修正系数，将计算公式推广至边角布置栓钉、多栓钉情况；（4）利用有限元软件Abaqus对试验构件进行建模分析，验证有限元模型的可靠性和准确度，并通过参数分

4、析考察栓钉直径、栓钉埋深、栓钉强度、混凝土强度对试件抗拔性能的影响；（5）对新型抗拔不抗剪栓钉连接件进行拉拔试验，试验考虑了栓钉埋深、钉帽尺寸对于拉拔性能的影响，并提出抗拔承载力的简化计算公式以及相应的构造要求；最后，总结主要研究成果并提出对进一步研究工作的展望。关键词：栓钉连接件；抗拔不抗剪；抗拔性能；刚塑性分析法；有限元IAbstractAbstractThesteel-concretecompositestructureshavebeendevelopledrapidlyinrecentyears,duetoitsoutstandingbehavioronmakingbes

5、tuseofmaterials,constructionconvenienceandeconomicbenefits.Headed-studs,themostcommonformofshearconnector,areusedtotransfershearloadsbetweensteelandconcrete,whichmakesitakeypointofresearchoncompositestructure.Mostoftheexsitingresearchwasfocousedontheshearbehaviorofstuds,inthisthesisresearchon

6、upliftperformancewasdiscussed.Themainresearchworkinthethesisisasfollows:(1)Investigationandsummaryworkontheexistingresearchofstudupliftperformance.Theresearchmethodandtechnicalrouteofthisthesiswasproposed.(2)Experimentalstudyonupliftperformanceofheaded-studsforconcrete,seriesofpull-outtestswe

7、reconducted,usingtheself-balancedloadingsystem,tostudythefactorsthatmightinfluencetheupliftperformance,andtwokindsoffailuremodes,i.e.,pulloutfailureoftheconcreteandfailureofstud'sshank,wereobserved.Basedonthetestresults,theinfluenceofstud'sem