鋼-混凝土組合梁中的抗剪連接件

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1、鋼-混凝土組合梁中的抗剪連接件摘要本文簡(jiǎn)單介紹了鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)組合作用的機(jī)理，列舉了抗剪連接件的分類，介紹了抗剪連接的試驗(yàn)方法和破壞形態(tài)以及一般的構(gòu)造要求，著重介紹了栓釘連接的特點(diǎn)，受力分析并列舉了諸多國(guó)家規(guī)范中規(guī)定的栓釘承載力計(jì)算和設(shè)計(jì)方法，并介紹其構(gòu)造要求，最后簡(jiǎn)單介紹兩種較為新型的抗剪連接件。關(guān)鍵字：鋼—混凝土組合梁；抗剪連接件；栓釘；抗剪承載力1．緒論鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)是指由鋼和混凝土兩種材料組成，在荷載作用下具有整體作用，在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)。其與木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)并列，已經(jīng)擴(kuò)展成為第五大結(jié)構(gòu)（組合結(jié)構(gòu)

2、）。它是通過連接件把鋼梁和混凝土板連接成整體而共同工作的構(gòu)件：在荷載作用下，混凝土板受壓而鋼梁受拉。它充分發(fā)揮鋼材和混凝土二種材料的優(yōu)點(diǎn)：同混凝土結(jié)構(gòu)相比，可以減輕自重，減小構(gòu)件截面尺寸，減輕地震作用；同鋼結(jié)構(gòu)相比，可以減少用鋼量，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的防火性和耐久性。故因其兼有鋼結(jié)構(gòu)施工速度快和混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，雖然在我國(guó)發(fā)展起步較晚，但近幾年來(lái)取得了不少成就，在多層工業(yè)廠房、高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)等方面都已經(jīng)得到了較好的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鋼—混凝土組合構(gòu)件目前的主要形式有：鋼—混凝土組合梁、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼管

3、混凝土組合結(jié)構(gòu)、外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)及壓型鋼板混凝土組合樓板等。當(dāng)然，隨著建筑材料、設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)、框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)等一系列新型的結(jié)構(gòu)形式。然而，在組合結(jié)構(gòu)中抗剪連接是一個(gè)重要特征，抗剪連接件是將鋼梁與混凝土板組合在一起共同工作的關(guān)鍵部件。故本文將在鋼—混凝土組合梁中的抗剪連接方面進(jìn)行一些探討。2．鋼-混凝土組合梁中的抗剪連接2.1組合結(jié)構(gòu)的組合作用組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性在于結(jié)合了混凝土和鋼材兩種材料的的良好性能，充分利用材料和截面特性。兩種材料的共同作用的機(jī)理，是由粘結(jié)力、抗剪連接件、及鋼材對(duì)混凝土的約束作用實(shí)現(xiàn)的。壓型鋼板混

4、凝土組合結(jié)構(gòu)的共同作用主要依靠鋼板上壓制的齒槽、穿過壓型鋼板焊在鋼梁上的抗剪連接件的作用；型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的共同作用主要依靠箍筋的約束作用，有時(shí)也設(shè)置抗剪連接件；鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的共同作用主要依靠鋼管與混凝土的相互約束及層間隔板等。在鋼—混凝土組合梁中，兩鐘材料的組合作用大小是由其關(guān)鍵部位——抗剪連接件決定的。其主要作用是：（1）抵抗和限制鋼與混凝土板間的相對(duì)滑移（掀起作用），使結(jié)構(gòu)在受力后，整個(gè)截面仍符合或近似符合平截面假定。這樣才能得要一個(gè)有效的組合截面，充分利用鋼梁的抗拉能力和混凝土板的抗壓能力，并且增大抗彎剛度。（2）承受并傳遞鋼梁與混凝土翼板交界面的縱向

5、剪力。2.2抗剪連接件分類抗剪連接件按連接作用機(jī)理可分為：粘結(jié)型、膠結(jié)型、摩擦型、連接型（機(jī)械連接）。其中粘結(jié)型連接又可分為自然粘接和化學(xué)粘接；機(jī)械連接又可分為栓釘、型鋼和鋼筋三種。按連接形式可分為：鋼筋連接件（圖1）、型鋼連接件（圖2）、高強(qiáng)螺栓連接件、圓柱頭焊釘連接件、開孔鋼板連接件（PBL）、鋼與有機(jī)材料組合連接件等。圖1幾種常見的鋼筋連接件圖2幾種常見的型鋼連接件按變形能力可分為：剛性連接、彈性連接、柔性連接、剛度滯后型連接。剛性連接件包括方鋼、馬蹄形鋼、T形鋼等連接件；彈性連接件包括鋼筋連接件、焊釘連接件；柔性連接件包括圓柱頭栓釘、彎筋、錨環(huán)、L型鋼、槽鋼以

6、及角鋼等。2.3抗剪連接件的試驗(yàn)方法及破壞形態(tài)2.3.1試驗(yàn)方法抗剪連接件常見的試驗(yàn)方法有兩種：推出試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)。前者較為簡(jiǎn)單實(shí)用，目前，國(guó)際上以其作為連接件標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)；后者較為復(fù)雜，但其能較好地反映連接件在組合梁中的受力變形性能。推出試驗(yàn)是將一段工字鋼與兩塊混凝土板通過焊接在工字鋼上的抗剪連接件連接在一起，然后對(duì)工字鋼的一端施加荷載，使埋在混凝土板內(nèi)的連接件受到剪切作用，圖表3推出試驗(yàn)示意圖通過量測(cè)鋼與混凝土板間的相對(duì)位移獲得抗剪連接件的荷載－滑移曲線，以獲得靜載下連接件的承載能力和抗剪剛度。梁式試驗(yàn)是指對(duì)簡(jiǎn)支組合梁施加兩點(diǎn)對(duì)稱荷載，在荷載作用下鋼梁與混凝土板圖3推

7、出試驗(yàn)示意圖接觸面上水平受剪，縱向剪力隨外荷載的增加而增加，直至破壞。圖4梁式試驗(yàn)示意圖2.3.2破壞形態(tài)試驗(yàn)研究表明，根據(jù)連接件與其周圍混凝土的相互關(guān)系，破壞形態(tài)分為兩種：（1）連接件受剪破壞，一般在混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高時(shí)發(fā)生。破壞呈一定的脆性，其抗剪承載力與混凝土無(wú)關(guān)，僅與剪力連接件的類型和材質(zhì)有關(guān)。（2）連接件附近混凝土破壞，一般表現(xiàn)為栓釘前方根部混凝土局部破碎或劈裂、槽鋼連接件混凝土板劈裂等等。一般的剛性連接件，因剛度較大，在在縱向剪力作用下混凝土傳給連接件的壓應(yīng)力均勻分布，在保證鋼梁與連接件焊接強(qiáng)度的前提下，連接件的承載力極限狀態(tài)是以連接件之