本文档属于类型a，即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告：
主要作者及机构
本研究的主要作者包括Xianjue Deng（加州大学圣地亚哥分校）、Ioannis Koutromanos（弗吉尼亚理工大学）、Michael Engelhardt（德克萨斯大学奥斯汀分校）、Todd Helwig（德克萨斯大学奥斯汀分校）和Eric Williamson（美国军事学院）。该研究发表于《Journal of Bridge Engineering》期刊，并于2025年3月在线发布。
学术背景
本研究的主要科学领域为土木工程中的桥梁设计与结构力学，特别是针对钢-混凝土组合桥梁的剪力连接件（shear studs）设计。研究背景源于美国广泛使用的22毫米直径剪力连接件在满足疲劳强度要求时，往往需要大量连接件，这不仅增加了施工难度和成本，还带来安全隐患。为此，研究团队探索了使用29毫米直径剪力连接件的可行性，并研究了部分深度预制混凝土面板（partial-depth precast concrete panels, PCPS）对剪力连接件性能的影响。研究目标是通过有限元分析（finite-element analysis, FEA）提出设计建议，验证29毫米直径剪力连接件在组合桥梁中的适用性，并评估PCPS对连接件强度的具体影响。
研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 有限元模型的建立与验证
研究团队基于Abaqus软件建立了三维有限元模型，模拟钢-混凝土组合构件的非线性行为，包括混凝土开裂、压缩非弹性、剪力连接件的屈服与断裂，以及钢-混凝土界面的接触条件。模型采用八节点六面体单元模拟混凝土和钢梁，两节点桁架单元模拟钢筋。模型还特别考虑了剪力连接件的焊接颈（weld collar）几何形状，并通过网格敏感性研究确定了合适的网格尺寸。
模型验证基于Deng（2023）的11组实验数据，包括22毫米和29毫米直径剪力连接件的推拉试验（push-out tests）。实验结果显示，有限元模型能够准确预测峰值强度和失效模式。
参数化研究
在模型验证的基础上，研究团队进行了参数化分析，探讨了多个设计参数对剪力连接件强度的影响，包括：
数据分析与设计建议
研究团队基于参数化分析结果，结合AASHTO（美国州公路与运输官员协会）第9版和第10版设计规范，提出了29毫米直径剪力连接件的设计建议。特别是，研究明确了剪力连接件嵌入深度和与PCPS净距的最小推荐值，以确保连接件强度满足规范要求。
主要结果
1. 有限元模型验证
有限元模型在预测峰值强度和失效模式方面表现出色，与实验数据的平均误差为6.3%。模型能够准确捕捉剪力连接件断裂和混凝土损伤两种失效模式。
参数化分析结果
设计建议
研究建议29毫米直径剪力连接件的最小嵌入深度为102毫米，与PCPS的最小净距为51毫米。对于22毫米直径连接件，最小净距可降低至25毫米。
结论与意义
本研究通过有限元分析和实验验证，系统评估了29毫米直径剪力连接件在钢-混凝土组合桥梁中的性能，并提出了针对PCPS桥面板的设计建议。研究结果表明，29毫米直径连接件能够满足AASHTO规范要求，同时减少连接件数量，降低施工难度和成本。此外，研究明确了嵌入深度和净距对连接件强度的关键影响，为桥梁设计提供了重要参考。
研究亮点
1. 创新性：首次系统研究了29毫米直径剪力连接件在PCPS桥面板中的性能，填补了该领域的研究空白。
2. 方法学：采用高精度有限元模型，结合实验验证，确保了研究结果的可靠性。
3. 应用价值：提出的设计建议可直接应用于实际桥梁工程，推动大直径剪力连接件的广泛应用。
其他有价值内容
研究团队还提供了部分实验数据和有限元模型源代码，供其他研究人员进一步验证和扩展研究。此外，研究过程中开发的有限元建模方法可为类似结构分析提供参考。