李運生　侯忠明　趙志楊　張彥玲

摘要：對于無支架施工的長跨連續(xù)組合梁，在施工期間進(jìn)行分階段澆筑混凝土?xí)r，需考慮不同混凝土齡期的組合梁結(jié)合面上連接件的早期組合作用。為此，進(jìn)行了混凝土不同齡期下焊釘連接件的推出試驗，分析了焊釘連接件極限抗剪強度、極限滑移、設(shè)計抗剪強度和剪切剛度隨時間的變化規(guī)律，并給出了相應(yīng)的時變計算公式。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土齡期小于3 d時推出試件主要為混凝土板劈裂破壞；在不同混凝土齡期時推出試件的剪力滑移規(guī)律基本相同，但抗剪強度和剛度均隨混凝土齡期的增長而增大，且早期增長較快，后期較慢，說明組合梁結(jié)合面的早期組合效應(yīng)不能忽略。

關(guān)鍵詞：焊釘；連接件；推出試驗；時變效應(yīng)；組合梁

中圖分類號：TU398文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：16744764（2013）06013106

鋼混凝土組合梁依靠剪力連接件將鋼梁與混凝土板結(jié)合在一起共同工作，其整體受力性能受連接件的影響很大。剪力連接件形式很多，其中圓柱頭焊釘由于其力學(xué)性能不具有方向性，且焊接方便，在組合結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。

剪力連接件的抗剪承載力可以通過推出試驗來確定。Viest等人開始使用推出試驗對焊釘連接件受力性能進(jìn)行研究的方法始于20世紀(jì)50年代，到目前為止，對一般鋼混凝土組合梁、壓型鋼板組合梁中焊釘連接件的抗剪承載力[14]、焊釘連接件在組合梁中的間距和布置[5]、在軸力和剪力共同作用下焊釘連接件的承載力[67]、密集型焊釘群的受力狀態(tài)[89]、以及焊釘連接件的疲勞性能[1011]等都已發(fā)表了相關(guān)的研究成果，在這些研究的基礎(chǔ)上各國規(guī)范都給出了相應(yīng)的焊釘承載力計算公式。但是，上述文獻(xiàn)都是在混凝土達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強度之后，對埋置于其內(nèi)的焊釘連接件進(jìn)行研究，而對于無支架澆筑的多跨、長跨、連續(xù)組合梁，在施工期間，混凝土板需分階段、按一定順序進(jìn)行澆筑，各階段之間的間隔澆筑時間根據(jù)現(xiàn)場情況從幾小時到幾天不等，在下一階段澆筑完成時，上一階段混凝土的齡期雖未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強度，但鋼梁與混凝土板結(jié)合面上的剪力連接件能夠提供一定程度的早期抗剪強度，這對組合梁的內(nèi)力重分布和整體受力性能會產(chǎn)生一定影響，因此需對焊釘連接件的時變抗剪性能進(jìn)行研究。關(guān)于焊釘連接件時變抗剪性能的研究成果很少。Topkaya[12]設(shè)計了自錨式推出試驗裝置，將推出試件按混凝土齡期分為8組，通過推出試驗給出了不同混凝土齡期時連接件的抗剪強度及剛度計算公式，但該試驗只包含了焊釘直徑為19 mm、混凝土等級為S級[13]的情況，且試驗中試件水平放置，焊釘只焊于鋼梁單側(cè)，所給的公式中需要不同齡期混凝土的強度參數(shù)，因此需進(jìn)行不同焊釘直徑及混凝土配比下的連接件推出試驗，采用不同的試驗方法對Topkaya試驗結(jié)果進(jìn)行驗證和補充，并給出更實用的計算公式。筆者在該研究的基礎(chǔ)上，采用常規(guī)的立式推出試驗裝置，焊釘直徑采用16 mm，混凝土強度等級采用C30，將推出試件按混凝土齡期分組，通過推出試驗對焊釘連接件的時變抗剪性能進(jìn)行研究，給出抗剪強度及剛度隨時間變化的規(guī)律。

1.2加載方案

試件在試驗室現(xiàn)場澆筑，澆筑前在HW型鋼的翼緣外側(cè)涂油，澆筑時兩側(cè)混凝土板同時澆筑，人工澆水自然養(yǎng)護(hù)。對于加載齡期為6、12、24 h的試件，由于混凝土齡期短、強度低，移動過程中易產(chǎn)生早期損傷，故直接在試驗加載位置下方進(jìn)行澆筑和養(yǎng)護(hù)，加載前不再移動。加載時試件置于平整的鋼板之上，為了防止加載過程中混凝土板下部向外側(cè)滑移，在混凝土板與鋼板接觸處的外側(cè)用角鐵以及鋼桿加以固定，并以HW型鋼的腹板為對稱面，在兩側(cè)翼緣焊釘位置分別固定小塊角鋼，將試驗機加載頭中心與試件中心嚴(yán)格對中，并在試件頂端與加載頭之間墊膠片，使受力均勻，然后設(shè)置百分表對鋼與混凝土之間的相對滑移進(jìn)行測試。如圖2所示。

加載設(shè)備使用1 000 kN三維多點協(xié)調(diào)電液伺服動態(tài)加載機。分級加載，每次加載3 kN，當(dāng)剪力滑移曲線出現(xiàn)開始進(jìn)入平滑段時，每次加載1 kN，直到推出試件破壞。每個推出試件試驗過程不超過30 min，以保證對混凝土齡期的要求。2試驗結(jié)果及分析

2.1破壞現(xiàn)象及剪力滑移曲線

試驗中的每個推出試件都以最終的破壞作為一次試驗的結(jié)束。與常規(guī)的推出試驗相同，最終的破壞模式也是主要分為2種，即混凝土板的劈裂破壞和焊釘?shù)募羟衅茐?。推出試件的破壞形式見圖3所示，其中一組試件的主要試驗結(jié)果見表1，表中Qu為單個焊釘所能承受的最大剪力，su為對應(yīng)的最大滑移值，相應(yīng)的剪力滑移曲線如圖4所示。

由圖7可以看出，焊釘連接件設(shè)計抗剪強度隨混凝土齡期的變化規(guī)律和極限抗剪強度相同。但按照不同的定義方法所得到的結(jié)果差別較大。按照文獻(xiàn)[12]中Topkaya定義的焊釘設(shè)計抗剪強度值Qd要比文獻(xiàn)[13]中Wang定義的結(jié)果小得多。按照文獻(xiàn)[12]的定義方法，連接件的設(shè)計容許滑移值sd為焊釘直徑的1/25，試驗焊釘直徑為16 mm，故sd=0.64 mm。對于工程中常用的19、22和25mm直徑焊釘，sd分別為0.76、0.88和1.00 mm，將這些sd值所對應(yīng)的剪切力也繪于圖7中。可以看出，當(dāng)sd取值在0.64～1.0 mm時，所對應(yīng)的設(shè)計抗剪強度差別不大，由于連接件抗剪強度除受焊釘直徑影響之外，還受混凝土強度等其它因素影響，故為簡便起見，定義0.8 mm為設(shè)計容許滑移值，將其在推出試件的剪力滑移曲線上對應(yīng)的剪切力定義為設(shè)計抗剪強度Qd。

2.2.3焊釘連接件的剪切剛度在組合梁的設(shè)計和計算中，焊釘抗剪剛度都是重要的指標(biāo)，但其取值方法目前尚無統(tǒng)一的定義。文獻(xiàn)[12]中Topkaya定義焊釘?shù)目辜魟偠萲s為設(shè)計抗剪強度處的割線剛度Qd/sd；文獻(xiàn)[13]中Wang將焊釘抗剪剛度ks保守地估計為0.8 mm滑移值位置對應(yīng)的割線剛度；文獻(xiàn)[14]中劉玉擎則將滑移曲線上通過最大抗剪承載力1/3大小處的割線傾斜度設(shè)為抗剪剛度ks。

3結(jié)論

1）隨著混凝土齡期的增加，推出試件所能承受的最大剪力增大，最大滑移值下降；齡期小于3 d時推出試件主要為混凝土板劈裂破壞。

2）定義0.8 mm為焊釘連接件的容許滑移值，其在剪力滑移曲線上對應(yīng)的荷載為設(shè)計抗剪強度Qd，Qd/0.8為焊釘連接件的剪切剛度。

3）焊釘連接件在不同齡期時所表現(xiàn)的剪力滑移規(guī)律基本相同，但抗剪強度和剛度在早期增長較快，后期較慢，說明組合梁結(jié)合面的早期組合效應(yīng)不能忽略。

4）根據(jù)筆者提出的連接件抗剪強度及剛度時變公式，可直接通過規(guī)范中給定的28 d齡期的成熟混凝土與焊釘?shù)募袅B接件抗剪強度計算公式，或28 d齡期的焊釘連接件試驗結(jié)果，對混凝土任意齡期時焊釘連接件的抗剪強度和剛度進(jìn)行計算。

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（編輯胡英奎）