魯 治 張雷鳴 李淑琴

(1.南京市公路建設(shè)處，江蘇 南京 210008;2.東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210018)

0 引言

開(kāi)孔鋼板剪力連接件(即PBL剪力連接件)是鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)中近年來(lái)使用較多的一種新型剪力連接件。這種剪力連接件最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，其制作工藝為在鋼混凝土組合梁的鋼梁鋼板上開(kāi)孔，然后將混凝土灌入這些孔中形成混凝土榫［3，4］。雖然國(guó)外對(duì)PBL(開(kāi)孔鋼板)剪力連接件已經(jīng)作了一些研究［7-9］，但目前為止還沒(méi)有完整的規(guī)范規(guī)定PBL剪力連接件的尺寸、形式和承載能力，也沒(méi)有相關(guān)規(guī)定試件的試驗(yàn)方法。我國(guó)對(duì)PBL(開(kāi)孔鋼板)剪力連接件的研究和使用相對(duì)較晚，除了對(duì)傳統(tǒng)的PBL剪力連接件的性能進(jìn)行研究，我們更注重新型開(kāi)孔鋼板剪力連接件的開(kāi)發(fā)，對(duì)其受力性能進(jìn)行深入的研究［5］。

本文針對(duì)一種新型剪力連接件——翼緣型開(kāi)孔波形板剪力連接件［6］的受力模式及構(gòu)造情況進(jìn)行研究(見(jiàn)圖1)，并對(duì)該種剪力連接件進(jìn)行了推出試驗(yàn)。該剪力連接件的構(gòu)造情況為將Twin-PBL剪力連接件中的開(kāi)孔直鋼板用開(kāi)孔波形鋼板替代(見(jiàn)圖2)，得到的剪力連接件形式見(jiàn)圖1。波形鋼板孔中的貫穿鋼筋和混凝土一起形成鋼筋混凝土抗剪銷。水平剪力由波形鋼板的斜折板以及鋼筋混凝土抗剪銷共同進(jìn)行抵抗［1，2］。

1 推出試驗(yàn)

1.1 試件

根據(jù)本次試驗(yàn)的目的，共設(shè)計(jì)了3組10個(gè)推出試件，其中第1組4個(gè)為開(kāi)孔直鋼板剪力件，是為了與開(kāi)孔波形鋼板剪力件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn);后2組為開(kāi)孔波形鋼板剪力件試件(見(jiàn)圖3～圖5)，其變化的參數(shù)為波長(zhǎng)和波高，穿筋和不穿筋，所有試件混凝土等級(jí)均為C40，混凝土尺寸均為480 mm×650 mm×200 mm。所有試件的詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。在試驗(yàn)中對(duì)每個(gè)試件的特征荷載、鋼筋應(yīng)變、混凝土的應(yīng)變以及混凝土板和鋼梁間的相對(duì)滑移等都進(jìn)行了量測(cè)和記錄。

圖1 開(kāi)孔波形板剪力連接件

圖2 Twin-PBL連接示意圖

表1 推出試驗(yàn)的構(gòu)件參數(shù)

圖3 PBL連接件

圖4 開(kāi)孔波形板連接件

1.2 試驗(yàn)裝置及測(cè)點(diǎn)布置

推出試件主要測(cè)量混凝土板和鋼梁之間的滑移、鋼梁的應(yīng)變以及混凝土板的應(yīng)變，在鋼梁及混凝土板上貼有應(yīng)變片。圖6，圖7給出了推出件的位移計(jì)及應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置，主要在鋼梁兩側(cè)對(duì)稱布置，其中Di表示位移計(jì)的編號(hào)，Ci表示混凝土的應(yīng)變片的編號(hào)。試驗(yàn)加載設(shè)備為500 t的電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，如圖8所示。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

本次試驗(yàn)在500 t的電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載裝置如圖8所示;為確保混凝土板與底座接觸良好，在混凝土板底與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的底座間用細(xì)沙坐底。

圖5 推出件實(shí)體

圖6 推出試驗(yàn)位移計(jì)的布置

圖7 混凝土板應(yīng)變片布置

圖8 加載裝置

數(shù)據(jù)采集:本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用江蘇華東測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DH3815靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，測(cè)點(diǎn)引線通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連于計(jì)算機(jī)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集。全程采用分等級(jí)手動(dòng)電腦采集數(shù)據(jù)。

圖9 C1組試件荷載—滑移曲線

圖10 C2組試件荷載—滑移曲線

2 試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)中，著重研究了兩種試件中剪力連接件的開(kāi)孔個(gè)數(shù)、開(kāi)孔板波折角度以及開(kāi)孔波形板波長(zhǎng)對(duì)推出試件承載能力的影響，并對(duì)外荷載作用下，推出試件中鋼板與混凝土塊的相對(duì)滑移量進(jìn)行測(cè)量，得到荷載滑移曲線，構(gòu)件的極限承載力及換算的單孔承載力見(jiàn)表1。

圖9～圖11給出了本次試驗(yàn)的3組推出試驗(yàn)的荷載—滑移曲線。從圖9～圖11的荷載滑移曲線以及表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，同等條件下，開(kāi)孔波形板剪力連接件試件的抗剪承載能力優(yōu)于開(kāi)孔直鋼板剪力連接件(即PBL連接件)的試件。且相同外荷載作用時(shí)，開(kāi)孔波形板剪力連接件推出試件的滑移明顯小于開(kāi)孔直鋼板剪力連接件推出試件。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，得出本次推出試驗(yàn)的結(jié)果如下:

1)在開(kāi)孔數(shù)目及貫穿鋼筋面積相同情況下，波形鋼板剪力連接件比PBL剪力連接件的抗剪承載力提高近45%;

2)波形鋼板剪力連接件開(kāi)孔個(gè)數(shù)增加一倍時(shí)，其抗剪承載力提高近28%;

3)波形板角度為45°的推出試件其抗剪承載力比波形板角度為60°的試件提高了近43%，且波形角度較大的試件在達(dá)到破壞狀態(tài)時(shí)，構(gòu)件的滑移量也相對(duì)較小，可見(jiàn)，波形角度增大對(duì)開(kāi)孔波形板連接件的承載力有降低作用;

4)隨著波長(zhǎng)的增大，其滑移量也增多，且變化的趨勢(shì)幾乎相同，這是由于波長(zhǎng)越小，波高也相對(duì)較小，與混凝土接觸則越均勻，因此破壞承載力增大且滑移減少。此外，波長(zhǎng)較小的試件其雙開(kāi)孔板試件承載力提高的更多，也是由于波長(zhǎng)越小，波高減小，兩開(kāi)孔板間距增大，鋼板對(duì)混凝土影響減小。

圖11 C3組試件荷載—滑移曲線

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)一種新型翼緣型開(kāi)孔波形板剪力連接件進(jìn)行了推出試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新型開(kāi)孔波形板剪力連接件的承載能力比傳統(tǒng)的PBL剪力連接件有所提高，且其自身的承載力受許多因素的影響，如孔洞個(gè)數(shù)、波長(zhǎng)、波折角度等因素對(duì)承載力的影響較大，在其他條件相同的情況下，單板開(kāi)雙孔推出件的剪力連接件承載力最大。由于試驗(yàn)條件限制，本次試驗(yàn)樣本較少，難以得出波長(zhǎng)對(duì)開(kāi)孔波形板剪力連接件承載能力的影響。此外，本次試驗(yàn)對(duì)箍筋強(qiáng)弱、混凝土強(qiáng)度及有無(wú)貫穿鋼筋等因素未進(jìn)行探討，希望在后續(xù)工作中能夠得到進(jìn)一步研究。

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