极地低温下栓钉连接件抗剪性能研究

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1、极地低温下栓钉连接件抗剪性能研究ResearchonShearBehaviorofStudShearConnectorsunderPolarLowTemperature学科专业：土木工程作者姓名：杜雪玉指导教师：谢剑教授天津大学建筑工程学院二〇一七年十一月摘要随着科学技术的发展、新材料的发现以及工艺的创新，钢-混凝土组合结构应用越来越广泛。钢-混组合结构在极地资源的开发、我国西部和东北地区的基础设施的建设中发挥着极其重要的作用。栓钉作为剪力连接件的一种，是保证钢混组合结构中混凝土与钢结构共同工作的重要部分。为了研究栓钉连接件在极地低温下的抗剪性能，设计制作了22个钢

2、-混组合结构试件，采用大型低温冷库对试件进行降温，并借助自制的保温装置保持低温状态，对试件进行了推出试验，并利用ABAQUS软件对推出试件进行有限元分析。试验重点研究了温度、栓钉直径、长径比以及混凝土强度对栓钉连接件抗剪性能的影响，主要测试了荷载-滑移曲线、荷载-应变曲线、栓钉连接件的抗剪承载力和极限滑移量。试验结果表明：低温及极地低温下推出试件出现了两种破坏形态，一种是栓钉剪断，另一种混凝土压坏和栓钉剪断混合破坏。低温环境中栓钉的抗剪承载力比常温下的高，极限滑移量比常温下的小，初始剪切刚度比常温下的高。在极地低温下，随着直径增大，栓钉抗剪承载力、极限滑移量及初始剪

3、切刚度随之增大。随着长径比的增大，栓钉的初始剪切刚度随之增大；以长径比等于4为分界点栓钉抗剪承载力与极限滑移量随着长径比的变化呈现不同的规律。随着混凝土强度的提高，栓钉的抗剪承载力、极限滑移量及初始剪切刚度增大。通过对试验数据的分析，回归出了极地低温下栓钉抗剪承载力的计算公式，并拟合了抗剪承载力与栓钉滑移量的相关公式。通过对推出试验中不同参数的试件进行限元分析，验证了有限元分析的可行性，并进行变参数分析得到了前文试验的基本一致规律。关键词：极地低温，栓钉连接件，抗剪性能，有限元分析IABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtech

4、nology,theapplicationofsteel-concretecompositestructureskeepincreasing.Thesteel-concretecompositestructuresplayanimportantroleinpolarresourceexploitationandtheinfrastructureconstructioninwesternandnortheasternChina.Thestuds,akindofshearconnectors,ensurethesafetyandcoordinationofconcret

5、eandsteelinsteel-concretecompositestructures.Inordertoinvestigatetheshearbehaviorofstudsunderpolartemperature,22push-outspecimenswereprepared.Theequipmentincludedlarge-scalecoldstorage,insulationboxandpressuretestingmachine.Theinvestigatedparametersaretemperatures,studdiameters,lengtht

6、odiameterratiosandconcretestrengths.Theload-slipandload-straincurves,theultimateshearcapacityandslipwereobtained.Twokindsofdamagecanbedistinguished,namelythestudshearfailureandtheconcretecrushingwiththeshearofthestud.Comparedwithspecimensunderambienttemperature,theultimateshearcapacity

7、andtheinitialshearstiffnessofspecimensundercryogenictemperaturesarehigher,whiletheultimateslipislower.Withtheincreaseofthestuddiameterorthecompressivestrengthofconcrete,theultimatebearingcapacity,theultimateslipandtheinitialshearstiffnessincreaseunderpolartemperatures.Withtheincrease