栓钉连接件抗剪刚度对钢-混凝土结合梁自振特性影响研究

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1、第20313卷2年，第116期月C中HIN国ARA铁ILWA道YSC科IENC学EV0I．33No．6November，2012文章编号：1001—4632(2012)06—0024—06栓钉连接件抗剪刚度对钢一混凝土结合梁自振特性影响研究侯忠明，夏禾，张彦玲(1．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044；2．石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄050043)摘要：设计6片钢一混凝土结合梁，从理论分析、试验和数值模拟3个方面，研究栓钉连接件抗剪刚度对钢一混凝土结合梁自振特性的影响。结果表明：在常见的栓钉布置情况下，钢梁与混凝土板的界面存在滑移，二者变形不同步，振型存在明显相位差；随着栓

2、钉连接件抗剪刚度的降低，结合梁整体刚度明显下降，与不考虑界面滑移的结合梁相比，完全连接和部分连接(连接度为6O％)结合梁的刚度分别降低39和48，相应的1阶竖向自振频率分别降低22和29；栓钉连接件的抗剪刚度越小，结合梁的刚度折减越大，但各阶自振频率对应刚度的折减程度不同；少量的栓钉损伤对梁的竖向自振频率影响不明显。由于结构的基频对其冲击系数影响很大，因此在结合梁的动力性能分析及冲击系数计算中，应考虑栓钉连接件刚度的影响。关键词：钢一混凝土结合梁；栓钉连接件；抗剪刚度；界面滑移；自振特性中图分类号：U448．216：U441．3文献标识码：Adoi：lO．3969／j．issn．1001—46

3、32．2012．06．05钢一混凝土结合梁充分利用了混凝土抗压性能好及钢材抗拉性能强的特点，提高了承载能力，减1理论分析小了混凝土桥面板的自重及结合梁的应力幅，增强了结合梁的抗疲劳能力，尤其适合中等跨度高速铁对一般的简支结合梁，假设钢梁与混凝土板之路桥梁的要求及条件。与单一材料梁不同的是，在间的抗剪连接件承受的剪力沿梁长均匀分布，若将钢一混凝土结合梁中，钢梁和混凝土板的共同工作单位长度范围内抗剪连接件的刚度视为常数K，依靠连接件实现。按抗剪刚度的大小，连接件可分则其第阶竖向自振圆频率可以表达为为刚性连接件和柔性连接件[1]。刚性连接件抗剪强一2一—(7【)(E一I)v1++(7c)，1、度大，

4、但破坏呈脆性；柔性连接件抗剪刚度小，破坏时延性较好，但在接触面处的剪力作用下会使钢其一；卢一；梁和混凝土板之间发生相对滑移[2]。铁路结合梁常(E／)F一(E／)c+(E／)B用柔性栓钉连接件。式中：为单位长度梁的质量；L为梁的跨度；各国学者已对铁路结合梁桥的动力特性进行了(EI)c和(日)e分别为钢梁与混凝土板绕结合梁重部分试验研究[3_]和数值模拟[5]分析，得到了一些心轴和绕各自身重心轴的抗弯刚度之和；h为混凝关于自振特性和动力响应的试验资料。在动力设计土板和钢梁重心轴之间的距离。中也常采用车桥耦合振动理论对铁路结合梁桥的动力响应进行数值模拟。但到目前为止，有关结合梁令一{去告，则简支结

5、合梁的桥的栓钉连接件抗剪刚度对其动力性能影响的系统整体等效动刚度可表示为研究还较少。本文运用理论分析、试验和数值模拟(田)一(E／)F(2)方法，研究栓钉连接件抗剪刚度对钢一混凝土结合考虑2种极端情况：①钢梁和混凝土板之间梁自振特性的影响。无连接，只是简单的层叠，即抗剪连接件的刚度收稿日期：2011—11—2O；修订日期：2012—05—18基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078029，51108281)；铁道部科技研究开发计划项目(2010G004一T)作者简介：侯忠明(1982一)，男，安徽萧县人，博士研究生。第6期栓钉连接件抗剪刚度对钢一混凝土结合梁自振特性影响研究Ks为0；②钢

6、梁和混凝土板之间完全无滑移，即钢梁与混凝土板完全粘结，即相当于普通单一材料Ks为无穷大。2种情况下梁的等效动刚度分别为梁；当a趋于无穷大时，Ks趋近于0，相当于界(日)钧1一(口)B和(EI)~q2一(田)F。那么对于不同面无连接的“层叠梁”，各阶72值逐渐趋于一个常连接刚度的结合梁，其等效动刚度均处于(口)和数，图中的值约为0．296。同时也可以看出，随着(Ef)F之间。增加，72折减的速度也迅速增加。对于截面尺寸一定的结合梁而言，的值是一可见，在常见的栓钉布置范围内，梁的等效动定的，但a值随结合梁抗剪连接度的大小而变化。刚度(日)(即(口)r)随连接件抗剪刚度的下降口越小，连接件抗剪刚度越

7、大，结合梁抗剪连接度而下降，在图2中表现为值的下降，而在动力越大。a趋向于零时，连接件抗剪刚度Ks趋向于响应上表现为其竖向自振频率的下降；当连接件抗无穷大。因此，式(1)中的系数Ot反映了钢梁与剪刚度下降到一定范围时，逐渐趋于一个常数。混凝土之间的连接程度。当a趋于零时，系数从上述分析可知，对于由2种材料构成的结合等于1，则自振频率为梁而言，其动力特性与单一材料的普通梁有所不(mr)z同，钢梁与混