钢_混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较

　16　　　　　　　　四川建筑科学研究

Sichuan Building Science 第32卷　第6期

2006年12月

钢—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较

占玉林, 赵人达, 毛学明

(西南交通大学桥梁及结构工程系, 四川成都　610031)

摘　要:随着建筑技术的发展, 钢—混凝土组合结构应用得越来越多, 而剪力连接件是这类结构的关键部位, 对其计算显得尤为重要。本文比较了钢—混凝土组合结构中几种常用的剪力连接件, 分析了它们的抗剪强度和疲劳抗力, 比较了不同国家或研究者给出的计算公式之间的差异, 最后得到了几点有用的结论。关键词:钢—混凝土组合结构; 剪力连接件; 抗剪强度; 疲劳抗力

中图分类号:T U375　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1008-1933(2006) 06-0016-04

Co mparison of the loadi n g capac ity i n steel -concrete co mposite structures

ZHAN Yulin, ZHAO (Depart m ent of B ridge , South west J iaot ong University, Chengdu 610031, China )

Abstract:W ith the devel of technol ogy of constructi ons, more and more steel -concrete composite structures have been built . Because the shear connect or is the key part of this type structure, how t o calculate it is very i m portant . Several different types of shear connect ors in common use are compared in this article, both the capacities of shear strength and fatigue resistance are discussed . And the comparis on of different for mulae given by different countries or different investigat ors are als o studied in this paper . Several conclusi ons are obtained at last .

Key words:steel -concrete composite structure; shear connect ors; shear strength; fatigue resistance

0　前　言

钢—混凝土组合结构在美国、日本、欧洲等发达国家得到了广泛的应用, 我国组合结构起步较晚, 但是自改革开放以来, 这类结构得到了大量的研究和应用。钢—混凝土组合结构最突出的特征是利用剪力连接件, 将钢和混凝土两种不同的材料结合在一起, 形成一个有机的整体。一般将混凝土材料布置在结构的受压区, 钢材布置在结构的受拉区, 从而充分发挥混凝土材料的受压及钢材的受拉优势。作为连接钢材和混凝土材料的连接件, 是这种结构能否充分发挥作用的关键所在, 所以对这种构件的研究显得尤为重要, 各国规范也针对不同的连接方式给出了不同的计算公式。本文旨在对各国有关几种常用的剪力连接件承载力的计算进行比较, 找出目前存在的差异和需要进一步研究的内容。

收稿日期:2005208225

作者简介:占玉林(1978-) , 男, 湖北螺田人, 博士研究生, 主要从事桥梁结构行为的研究。

E -ma il:[email protected]

[1]

1　抗剪承载力的计算

111　栓钉抗剪承载力计算

栓钉抗剪承载力各国规范基本是参照J. W. Fisher 在1971年提出的普通混凝土和轻骨料混凝

[2]

土的承载力公式, Fisher 的计算公式为

V u =0. 5A st

c f ’c

(1)

式中　A st 为栓钉杆的横截面面积; E c 为混凝土的

弹性模量; f ’300c 为混凝土圆柱体(

加拿大SI 6. 1-1974《钢结构设计规范》也采用了Fisher 的计算公式, 但是对计算的上限值进行了限制, 限值为448A st ; 日本规范也采用了(1) 式, 但日本规范对混凝土材料的使用范围做了规定, 规定

E c f ’c 的变化范围为500～900MPa, 如果假设混凝

土的弹性模量在212×10～318×10MPa 之间变化, 则混凝土的圆柱体抗压强度在6. 58～36. 82MPa 之间变化, 对混凝土的约束太强, 过于保守。

欧洲钢结构协会(ECCS ) 1981年制定的《组合结构规程》所采用的栓钉抗剪强度计算公式对混凝

44

　2006No 16占玉林, 等:钢—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较　　　　　17

土强度的限制较严, 混凝土抗压强度f ’c 用抗压强度标准值f ’. 5改为0. 43。c k 来代替, 系数0

Eur ocode4则规定, 当h /d ≥4时, 抗剪承载力为

V u =0. 295A st

E c f ck ≤0. 64A st f u

(2)

V u =A st f y

γcos α+sin α/

22

(6)

式中　A st 为弯筋的截面面积; f y 为弯筋的屈服强度;

α为弯筋与钢梁的夹角; γ为抗力分项系数。如果α≤45°时, 采用下式计算:

γ) V u =A st f y /(112

(7)

式中　h 和d 分别为栓钉的高度和直径; f ck 为混凝土圆柱体抗压强度标准值; f u 为栓钉的极限抗拉强度。

[3]

美国各州公路和运输工作者协会(AASHT O ) 在进行栓钉抗剪器的抗剪能力计算时, 采用Fisher 的结果, 但是同时考虑强度极限状态时0. 85的抗力折减系数, 对上限值较Eur ocode 4进行了适当放宽, 得到

V u =0. 5×0. 85A st

=0. 43A st

E c f ’c

()

　　弯筋连接件的抗剪能力主要是通过其与混凝土的锚固而获得, 当锚固长度构造满足要求时, 抗剪承载力的主要因素是弯起钢筋的截面面积和钢筋的屈服强度, 并且当弯起钢筋的角度在35°～55°范围内时, 弯起钢筋的角度可以忽略不计

V st f y

[7]

, G B50017-(8)

2003《钢结构设计规范》) , 假定, [9]

E c f ’c ≤A st f u

式中　f u 为1; 其他参数意义同前。

我国G BJ17-结规》结合

Fisher 公式, 并参照O 的规定, 提出了如下的栓钉抗剪承载力计算公式:

V u =0. 43A st

E c f c ≤017A st f

(4)

[4]

α+μsin α) V u =A st f y (cos (9)

μ为混凝土与钢板之间的摩擦系数, 一般取式中　

μ=0. 7; 其他符号意义同前。

也有学者认为式为

ξV u =1138n A st f y

是混凝土强度等级的函数。

弯筋剪力连接件在形式和抗剪承载力计算方面, 各国差异较大。主要差异在于各国规范在弯起角度和混凝土与钢板之间的摩擦作用是否计及的考虑。而文献[10]的研究结论还表明, 弯筋的正放和反放以及有无板托对弯筋承载力有不同的影响, 因而抗剪承载力还需进一步的试验研究来修正。113　槽钢抗剪承载力计算

(10)

[10]

, 弯筋抗剪承载力计算中应计

及钢筋的锚固程度和弯筋肢数的影响, 建议计算公

式中　f c 为混凝土轴心抗压强度设计值; f 为栓钉的极限抗拉设计强度。

针对公式(4) 的计算结果, 文献[526]做了大量的研究工作, 并认为按国际通用的推出试验得到的公式(4) 计算过于保守, 计算和试验分析表明, 栓钉剪力连接件实际承载力是按公式(4) 计算值的1. 96倍, 这样, 导致剪力栓钉布置过多。

考虑到对栓钉数量较多的控制因素是公式(4) 中的上限值过于保守, G B50017-2003《钢结构设计规范》在修订这部分内容时增加考虑了栓钉屈服强度的影响, 得到如下的计算公式:

V u =0. 43A st

E c f c ≤017A st γf

(5)

[7]

式中　n 为钢筋肢数; ξ为钢筋的锚固程度系数, 它

槽钢的抗剪工作性能与栓钉基本相似, 其破坏模式基本是连接件附近的混凝土发生受压破坏, 各国的计算公式基本相差不大, G B50017-2003《钢结构设计规范》的抗剪能力公式为

V u =0126(t +0. 5t w ) l c

E c f c

(11)

γ为栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之式中　

比; 其他参数同前。

比较各国的有关栓钉抗剪承载力的计算公式, 各国计算公式基本上差不多, 但是承载力的上限值差异较大, 其中以美国AASHT O 规范限制最为宽松, 欧洲和我国规范限制较严。112　弯筋抗剪承载力计算

式中　t 为槽钢翼缘的平均厚度; t w 为槽钢腹板的厚度; l c 为槽钢的长度; 其他符号意义同前。114　开孔钢板抗剪承载力计算

弯筋剪力连接件是利用在钢板与混凝土之间布置有角度的钢筋, 来抵抗钢与混凝土之间的剪力。Eur ocode 4按照弯筋的屈服条件

[8]

开孔钢板是利用钢板圆孔中的混凝土承担钢与混凝土间的作用力的新形式连接件

[11]

, 它沿着钢梁

, 且不考虑钢板

的纵向布置, 钢板上的孔洞中可以设置贯通钢筋, 也可以不设置贯通钢筋。这种结构是Leonhardt 等

和混凝土之间的摩擦效应, 得到抗剪承载力为

18　　　　四川建筑科学研究第32卷　

人

[12]

于1987年首次提出, 这种结构在日本得到大试验数量有关的系数, 具有一定的随机性; Hosaka 和N ishiu m i 公式都考虑了横向钢筋的影响, 物理概念清楚, 但是因为考虑的出发点不一样, 两者计算得

到的抗剪承载力也有较大差异。

量应用和研究。试验研究表明, 孔中混凝土具有很大的销栓作用, 其最终的破坏是孔中混凝土的剪切破坏, 并且不受疲劳的影响

[13]

。

目前, 各国规范基本上没有对开孔钢板的抗剪承载力作出规定, 目前的公式基本上是基于试验提出的经验公式, 以下简要介绍几个常用公式。

Leonhardt 等人

[11]

2　连接件疲劳的计算

对于桥梁结构等承受可变荷载的钢—混凝土组合结构, 疲劳问题就显得尤为突出, 对结构的疲劳寿命的评估与预测十分重要。我国规范由于没有专门针对桥梁用的组合结构的规范, 所以, 对连接件的疲劳问题没有给出明确的计算公式。211　栓钉疲劳的计算

在孔中不穿横向钢筋的试验

2

基础上提出

V u =kd f c

(12)

式中　k 为常数, 取k =1. 79; d 为开孔钢板上孔洞直径; f c 为混凝土的抗压强度。

Hosaka 等人

[14]

在计算公式中考虑孔中横向钢

, 该处处, 该处应力较复杂, 。

AASHT O 对单个剪力栓钉的疲劳抗力作出了规

筋的影响, 得到抗剪承载力计算公式为

222

　V u =1. 45[(d -d s ) f c +d s f y ]-() 式中　d s 钢筋的屈服强度(。

开孔钢板连接件的推出试验后发现率及放置位置有关, 建议公式为

V u =α1β1A cc

f ’c +α2β2A tr f y

(14)

[15]

定

[3]

:

Z r =αd ≥38. 0d

2

2

, 抗剪承载力

(17)

不仅与混凝土类型和强度有关, 还与横向钢筋配筋

α=238-29. 5log N (18)

式中　d 为剪力栓钉的直径(mm ) ; N 为与车道数相关的疲劳次数。

BS5400对栓钉疲劳强度的计算在静力强度的基础上, 考虑疲劳时的剪切应力脉, 采用以下公式计算:

P fu =P u

f α式中　1为混凝土类型影响系数, 普通混凝土α1=1, 钢纤维混凝土α. 5; α1=12为横向钢筋位置影响系数, 一般取α. 0, 当受剪方向横向钢筋较多时2=1α. 05; β2=11和β2为反映试验数量均值的系数, 分别取为0. 60和0. 95; A tr 为横向钢筋的面积。

N ishiu m i 等人

[11]

425

(19)

在试验时发现, 最大荷载时横

式中　P u 为栓钉的静力抗剪强度; f vr 为允许的疲劳剪切应力脉。表1列出了BS5400给出的几种常用的栓钉静力强度P u 值。

表1　栓钉静载强度(P u )

Table 1　No m i n a l st a ti c strengths(P u ) of studs

栓　钉

直径d /mm高度h /mm

25

[**************]

2219191613

[**************]2

[**************]47

[**************]52

向钢筋都已屈服, 将横向钢筋看成是侧向约束力, 并根据抗剪强度与侧向约束强度的回归曲线, 得到抗

剪承载力为

V u =0126A c f c +1. 23A s f y A s f y /Ac f c

(15) (16)

/kN

[***********]

混凝土强度等级/MPa

式中, A c 和A s 分别为孔洞中混凝土面积及横向钢筋面积; 其他符号意义同前。

比较以上各式, 开孔钢板抗剪承载力的计算公式差异较大, Leonhardt 公式简单, 物理概念清楚, 但是未考虑横向钢筋的影响, 使用范围较窄; 宗周红公式考虑因素较多, 可以同时适用于栓钉和开孔钢板(适用于栓钉的常数说明见文献[15]) , 但是公式中

’c 项计算出来的量纲意义不鲜明, 且β1和β2是与

212　槽钢疲劳的计算

Slutter 和Fisher 于1967年对栓钉和槽钢连接

件进行了疲劳试验

[9]

, 试验表明, 栓钉和槽钢连接

件的疲劳发生在焊缝区, 剪应力幅和循环次数的关

系为

　2006No 16占玉林, 等:钢—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较　　　　　19

Δτ=1020n -0. 186(20)

Δτ=|τ式中　max -τm in |为剪应力幅值; n 为循环次数。213　开孔钢板疲劳的计算

开孔钢板型剪力连接件由于其通过孔中混凝土销栓作用来传递剪力, 由于孔径一般较大, 因此比栓钉具有更高的抗剪承载力。德国学者Hans 的研

57

究表明, 由于孔径达到35～45mm , 经过从10～10次的循环荷载证明, 抗疲劳性能良好。宗周红在文献[15]中对开孔钢板的疲劳试验也表明, 试验过程中未发现开孔钢板的疲劳破坏。但是由于开孔钢板型剪力连接件用钢量较大, 以前这种结构在桥梁工程中应用和研究不多, 随着用钢量的增加, 这种结构形式越来越多, 对其抗疲劳性能还需要做进一步的深入研究。

[16]

参考文献:

[1]　聂建国, 余志武. 钢—混凝土组合梁在我国的研究及应用

[J ].土木工程学报, 1999, 32(2) :3281

[2]　O llgaard J G, Slutter R G, Fisher J W. Shearstrength of stud con 2

nect ors in light w eight and nor mal -weight concrete [J ].A I SC, 1971, (1) :552641

[3]　美国各州公路和运输工作者协会1辛济平, 等译1美国公路

桥梁设计规范(AASHT O ) [S]1北京:人民交通出版社, 19941

[4]　G BJ17-88钢结构设计规范[S ]1北京:中国计划出版社,

19881

[5]　聂建国, 沈聚敏, 等. 钢—混凝土组合梁中剪力连接件实际承

载力的研究[J}.建筑结构学报, 1996, 17(2) :212281

[6]　聂建国, 谭　英, 王洪全等. -高强混凝土组合梁栓钉剪

[, 1999, 39(12) :942

[][S ]1北京:中国计划出版

, 1

[8]　胡夏闽1钢—混凝土组合梁设计方法(6) —剪力连接件[J ].

3　结论

, 经过比较分析, 可以得到如下结论。

(1) 目前各国对栓钉抗剪承载力的研究最为完善, 公式也基本上一致, 差别在于对剪力最大值的限制上; 虽然AASHT O 和BS5400对栓钉的抗疲劳能力给出了计算公式, 但是, 从目前的研究结果看, 各国在栓钉疲劳计算上存在较大差异。

(2) 对弯筋连接件, 各国计算公式的差异体现在考虑弯起角及钢与混凝土之间的摩擦与否; 我国规范则两者均没有考虑, 似乎有些保守。

(3) 对槽钢连接件, 我国规范基本上参照了美国AASHT O 给出的计算公式; 但是, 目前有关槽钢的抗疲劳性能的研究较少。

(4) 对于布置为纵向的开孔钢板型剪力连接件, 目前各国基本上没有给出其抗剪承载力的计算公式, 各国的研究者给出的经验公式差异也较大, 对于其抗疲劳具有较大优越性的认识也应得到进一步的试验验证。

工业建筑, 1996, 26(2) :502551

[9]　朱聘儒1钢—砼组合梁设计原理[M].北京:中国建筑工业出

版社, 19911

[10]　周惟德, 郑德尧, 贾冬云1弯筋连接件在整体测试中的性能

研究[J ].合肥工业大学学报, 1994, 17(4) :842871

[11]　刘玉擎1组合结构桥梁[M].北京:人民交通出版社, 2005:

212471

[12]　Leonhardt F, et al . Neues, Vorteilhaftes verbundm ittel fur stahl 2

verbund -trag werke m it hoher dauerfestigkeit, Beut on -und Stahlbet onbau, 1987, (12) :32523311

[13]　刘玉擎, 曾明根, 陈艾荣. 开孔钢板连接件及其在组合结构

桥梁中的应用[A].第十六届全国桥梁学术会议论文集[C ]1长沙12004:67926831

[14]　Hosaka T, et al . Study on Shear Strength and Design Method of

Perf obond Stri p [J ].Japanese Journal of Structural Engineering, Vol . 48A, 20021

[15]　宗周红. 预应力钢—混凝土组合梁静动载行为研究[D ].成

都:西南交通大学桥梁与隧道工程系, 1997:922951

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tigue Strength [A ].60:16721721

I nternati onal A ss ociati on for B ridge and

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　16　　　　　　　　四川建筑科学研究

Sichuan Building Science 第32卷　第6期

2006年12月

钢—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较

占玉林, 赵人达, 毛学明

(西南交通大学桥梁及结构工程系, 四川成都　610031)

摘　要:随着建筑技术的发展, 钢—混凝土组合结构应用得越来越多, 而剪力连接件是这类结构的关键部位, 对其计算显得尤为重要。本文比较了钢—混凝土组合结构中几种常用的剪力连接件, 分析了它们的抗剪强度和疲劳抗力, 比较了不同国家或研究者给出的计算公式之间的差异, 最后得到了几点有用的结论。关键词:钢—混凝土组合结构; 剪力连接件; 抗剪强度; 疲劳抗力

中图分类号:T U375　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1008-1933(2006) 06-0016-04

Co mparison of the loadi n g capac ity i n steel -concrete co mposite structures

ZHAN Yulin, ZHAO (Depart m ent of B ridge , South west J iaot ong University, Chengdu 610031, China )

Abstract:W ith the devel of technol ogy of constructi ons, more and more steel -concrete composite structures have been built . Because the shear connect or is the key part of this type structure, how t o calculate it is very i m portant . Several different types of shear connect ors in common use are compared in this article, both the capacities of shear strength and fatigue resistance are discussed . And the comparis on of different for mulae given by different countries or different investigat ors are als o studied in this paper . Several conclusi ons are obtained at last .

Key words:steel -concrete composite structure; shear connect ors; shear strength; fatigue resistance

0　前　言

钢—混凝土组合结构在美国、日本、欧洲等发达国家得到了广泛的应用, 我国组合结构起步较晚, 但是自改革开放以来, 这类结构得到了大量的研究和应用。钢—混凝土组合结构最突出的特征是利用剪力连接件, 将钢和混凝土两种不同的材料结合在一起, 形成一个有机的整体。一般将混凝土材料布置在结构的受压区, 钢材布置在结构的受拉区, 从而充分发挥混凝土材料的受压及钢材的受拉优势。作为连接钢材和混凝土材料的连接件, 是这种结构能否充分发挥作用的关键所在, 所以对这种构件的研究显得尤为重要, 各国规范也针对不同的连接方式给出了不同的计算公式。本文旨在对各国有关几种常用的剪力连接件承载力的计算进行比较, 找出目前存在的差异和需要进一步研究的内容。

收稿日期:2005208225

作者简介:占玉林(1978-) , 男, 湖北螺田人, 博士研究生, 主要从事桥梁结构行为的研究。

E -ma il:[email protected]

[1]

1　抗剪承载力的计算

111　栓钉抗剪承载力计算

栓钉抗剪承载力各国规范基本是参照J. W. Fisher 在1971年提出的普通混凝土和轻骨料混凝

[2]

土的承载力公式, Fisher 的计算公式为

V u =0. 5A st

c f ’c

(1)

式中　A st 为栓钉杆的横截面面积; E c 为混凝土的

弹性模量; f ’300c 为混凝土圆柱体(

加拿大SI 6. 1-1974《钢结构设计规范》也采用了Fisher 的计算公式, 但是对计算的上限值进行了限制, 限值为448A st ; 日本规范也采用了(1) 式, 但日本规范对混凝土材料的使用范围做了规定, 规定

E c f ’c 的变化范围为500～900MPa, 如果假设混凝

土的弹性模量在212×10～318×10MPa 之间变化, 则混凝土的圆柱体抗压强度在6. 58～36. 82MPa 之间变化, 对混凝土的约束太强, 过于保守。

欧洲钢结构协会(ECCS ) 1981年制定的《组合结构规程》所采用的栓钉抗剪强度计算公式对混凝

44

　2006No 16占玉林, 等:钢—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较　　　　　17

土强度的限制较严, 混凝土抗压强度f ’c 用抗压强度标准值f ’. 5改为0. 43。c k 来代替, 系数0

Eur ocode4则规定, 当h /d ≥4时, 抗剪承载力为

V u =0. 295A st

E c f ck ≤0. 64A st f u

(2)

V u =A st f y

γcos α+sin α/

22

(6)

式中　A st 为弯筋的截面面积; f y 为弯筋的屈服强度;

α为弯筋与钢梁的夹角; γ为抗力分项系数。如果α≤45°时, 采用下式计算:

γ) V u =A st f y /(112

(7)

式中　h 和d 分别为栓钉的高度和直径; f ck 为混凝土圆柱体抗压强度标准值; f u 为栓钉的极限抗拉强度。

[3]

美国各州公路和运输工作者协会(AASHT O ) 在进行栓钉抗剪器的抗剪能力计算时, 采用Fisher 的结果, 但是同时考虑强度极限状态时0. 85的抗力折减系数, 对上限值较Eur ocode 4进行了适当放宽, 得到

V u =0. 5×0. 85A st

=0. 43A st

E c f ’c

()

　　弯筋连接件的抗剪能力主要是通过其与混凝土的锚固而获得, 当锚固长度构造满足要求时, 抗剪承载力的主要因素是弯起钢筋的截面面积和钢筋的屈服强度, 并且当弯起钢筋的角度在35°～55°范围内时, 弯起钢筋的角度可以忽略不计

V st f y

[7]

, G B50017-(8)

2003《钢结构设计规范》) , 假定, [9]

E c f ’c ≤A st f u

式中　f u 为1; 其他参数意义同前。

我国G BJ17-结规》结合

Fisher 公式, 并参照O 的规定, 提出了如下的栓钉抗剪承载力计算公式:

V u =0. 43A st

E c f c ≤017A st f

(4)

[4]

α+μsin α) V u =A st f y (cos (9)

μ为混凝土与钢板之间的摩擦系数, 一般取式中　

μ=0. 7; 其他符号意义同前。

也有学者认为式为

ξV u =1138n A st f y

是混凝土强度等级的函数。

弯筋剪力连接件在形式和抗剪承载力计算方面, 各国差异较大。主要差异在于各国规范在弯起角度和混凝土与钢板之间的摩擦作用是否计及的考虑。而文献[10]的研究结论还表明, 弯筋的正放和反放以及有无板托对弯筋承载力有不同的影响, 因而抗剪承载力还需进一步的试验研究来修正。113　槽钢抗剪承载力计算

(10)

[10]

, 弯筋抗剪承载力计算中应计

及钢筋的锚固程度和弯筋肢数的影响, 建议计算公

式中　f c 为混凝土轴心抗压强度设计值; f 为栓钉的极限抗拉设计强度。

针对公式(4) 的计算结果, 文献[526]做了大量的研究工作, 并认为按国际通用的推出试验得到的公式(4) 计算过于保守, 计算和试验分析表明, 栓钉剪力连接件实际承载力是按公式(4) 计算值的1. 96倍, 这样, 导致剪力栓钉布置过多。

考虑到对栓钉数量较多的控制因素是公式(4) 中的上限值过于保守, G B50017-2003《钢结构设计规范》在修订这部分内容时增加考虑了栓钉屈服强度的影响, 得到如下的计算公式:

V u =0. 43A st

E c f c ≤017A st γf

(5)

[7]

式中　n 为钢筋肢数; ξ为钢筋的锚固程度系数, 它

槽钢的抗剪工作性能与栓钉基本相似, 其破坏模式基本是连接件附近的混凝土发生受压破坏, 各国的计算公式基本相差不大, G B50017-2003《钢结构设计规范》的抗剪能力公式为

V u =0126(t +0. 5t w ) l c

E c f c

(11)

γ为栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之式中　

比; 其他参数同前。

比较各国的有关栓钉抗剪承载力的计算公式, 各国计算公式基本上差不多, 但是承载力的上限值差异较大, 其中以美国AASHT O 规范限制最为宽松, 欧洲和我国规范限制较严。112　弯筋抗剪承载力计算

式中　t 为槽钢翼缘的平均厚度; t w 为槽钢腹板的厚度; l c 为槽钢的长度; 其他符号意义同前。114　开孔钢板抗剪承载力计算

弯筋剪力连接件是利用在钢板与混凝土之间布置有角度的钢筋, 来抵抗钢与混凝土之间的剪力。Eur ocode 4按照弯筋的屈服条件

[8]

开孔钢板是利用钢板圆孔中的混凝土承担钢与混凝土间的作用力的新形式连接件

[11]

, 它沿着钢梁

, 且不考虑钢板

的纵向布置, 钢板上的孔洞中可以设置贯通钢筋, 也可以不设置贯通钢筋。这种结构是Leonhardt 等

和混凝土之间的摩擦效应, 得到抗剪承载力为

18　　　　四川建筑科学研究第32卷　

人

[12]

于1987年首次提出, 这种结构在日本得到大试验数量有关的系数, 具有一定的随机性; Hosaka 和N ishiu m i 公式都考虑了横向钢筋的影响, 物理概念清楚, 但是因为考虑的出发点不一样, 两者计算得

到的抗剪承载力也有较大差异。

量应用和研究。试验研究表明, 孔中混凝土具有很大的销栓作用, 其最终的破坏是孔中混凝土的剪切破坏, 并且不受疲劳的影响

[13]

。

目前, 各国规范基本上没有对开孔钢板的抗剪承载力作出规定, 目前的公式基本上是基于试验提出的经验公式, 以下简要介绍几个常用公式。

Leonhardt 等人

[11]

2　连接件疲劳的计算

对于桥梁结构等承受可变荷载的钢—混凝土组合结构, 疲劳问题就显得尤为突出, 对结构的疲劳寿命的评估与预测十分重要。我国规范由于没有专门针对桥梁用的组合结构的规范, 所以, 对连接件的疲劳问题没有给出明确的计算公式。211　栓钉疲劳的计算

在孔中不穿横向钢筋的试验

2

基础上提出

V u =kd f c

(12)

式中　k 为常数, 取k =1. 79; d 为开孔钢板上孔洞直径; f c 为混凝土的抗压强度。

Hosaka 等人

[14]

在计算公式中考虑孔中横向钢

, 该处处, 该处应力较复杂, 。

AASHT O 对单个剪力栓钉的疲劳抗力作出了规

筋的影响, 得到抗剪承载力计算公式为

222

　V u =1. 45[(d -d s ) f c +d s f y ]-() 式中　d s 钢筋的屈服强度(。

开孔钢板连接件的推出试验后发现率及放置位置有关, 建议公式为

V u =α1β1A cc

f ’c +α2β2A tr f y

(14)

[15]

定

[3]

:

Z r =αd ≥38. 0d

2

2

, 抗剪承载力

(17)

不仅与混凝土类型和强度有关, 还与横向钢筋配筋

α=238-29. 5log N (18)

式中　d 为剪力栓钉的直径(mm ) ; N 为与车道数相关的疲劳次数。

BS5400对栓钉疲劳强度的计算在静力强度的基础上, 考虑疲劳时的剪切应力脉, 采用以下公式计算:

P fu =P u

f α式中　1为混凝土类型影响系数, 普通混凝土α1=1, 钢纤维混凝土α. 5; α1=12为横向钢筋位置影响系数, 一般取α. 0, 当受剪方向横向钢筋较多时2=1α. 05; β2=11和β2为反映试验数量均值的系数, 分别取为0. 60和0. 95; A tr 为横向钢筋的面积。

N ishiu m i 等人

[11]

425

(19)

在试验时发现, 最大荷载时横

式中　P u 为栓钉的静力抗剪强度; f vr 为允许的疲劳剪切应力脉。表1列出了BS5400给出的几种常用的栓钉静力强度P u 值。

表1　栓钉静载强度(P u )

Table 1　No m i n a l st a ti c strengths(P u ) of studs

栓　钉

直径d /mm高度h /mm

25

[**************]

2219191613

[**************]2

[**************]47

[**************]52

向钢筋都已屈服, 将横向钢筋看成是侧向约束力, 并根据抗剪强度与侧向约束强度的回归曲线, 得到抗

剪承载力为

V u =0126A c f c +1. 23A s f y A s f y /Ac f c

(15) (16)

/kN

[***********]

混凝土强度等级/MPa

式中, A c 和A s 分别为孔洞中混凝土面积及横向钢筋面积; 其他符号意义同前。

比较以上各式, 开孔钢板抗剪承载力的计算公式差异较大, Leonhardt 公式简单, 物理概念清楚, 但是未考虑横向钢筋的影响, 使用范围较窄; 宗周红公式考虑因素较多, 可以同时适用于栓钉和开孔钢板(适用于栓钉的常数说明见文献[15]) , 但是公式中

’c 项计算出来的量纲意义不鲜明, 且β1和β2是与

212　槽钢疲劳的计算

Slutter 和Fisher 于1967年对栓钉和槽钢连接

件进行了疲劳试验

[9]

, 试验表明, 栓钉和槽钢连接

件的疲劳发生在焊缝区, 剪应力幅和循环次数的关

系为

　2006No 16占玉林, 等:钢—混凝土组合结构中剪力连接件承载力的比较　　　　　19

Δτ=1020n -0. 186(20)

Δτ=|τ式中　max -τm in |为剪应力幅值; n 为循环次数。213　开孔钢板疲劳的计算

开孔钢板型剪力连接件由于其通过孔中混凝土销栓作用来传递剪力, 由于孔径一般较大, 因此比栓钉具有更高的抗剪承载力。德国学者Hans 的研

57

究表明, 由于孔径达到35～45mm , 经过从10～10次的循环荷载证明, 抗疲劳性能良好。宗周红在文献[15]中对开孔钢板的疲劳试验也表明, 试验过程中未发现开孔钢板的疲劳破坏。但是由于开孔钢板型剪力连接件用钢量较大, 以前这种结构在桥梁工程中应用和研究不多, 随着用钢量的增加, 这种结构形式越来越多, 对其抗疲劳性能还需要做进一步的深入研究。

[16]

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[8]　胡夏闽1钢—混凝土组合梁设计方法(6) —剪力连接件[J ].

3　结论

, 经过比较分析, 可以得到如下结论。

(1) 目前各国对栓钉抗剪承载力的研究最为完善, 公式也基本上一致, 差别在于对剪力最大值的限制上; 虽然AASHT O 和BS5400对栓钉的抗疲劳能力给出了计算公式, 但是, 从目前的研究结果看, 各国在栓钉疲劳计算上存在较大差异。

(2) 对弯筋连接件, 各国计算公式的差异体现在考虑弯起角及钢与混凝土之间的摩擦与否; 我国规范则两者均没有考虑, 似乎有些保守。

(3) 对槽钢连接件, 我国规范基本上参照了美国AASHT O 给出的计算公式; 但是, 目前有关槽钢的抗疲劳性能的研究较少。

(4) 对于布置为纵向的开孔钢板型剪力连接件, 目前各国基本上没有给出其抗剪承载力的计算公式, 各国的研究者给出的经验公式差异也较大, 对于其抗疲劳具有较大优越性的认识也应得到进一步的试验验证。

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