齊連訓(xùn)，羅云標(biāo),2，嚴(yán)加寶,2，林旭川

(1. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300350；2. 天津大學(xué)濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350；3. 中國地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江，哈爾濱 150080)

由于充分發(fā)揮了混凝土抗壓和鋼材抗拉性能好的優(yōu)勢，鋼-混凝土組合梁等新的組合構(gòu)件在橋梁和建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這些構(gòu)件中使用的抗剪連接件提高了兩者的組合作用，其中焊接栓釘是已有的抗剪連接件中應(yīng)用最普遍的一種，其基本力學(xué)性能得到了深入而廣泛的研究[1-2]。近年來，隨著可持續(xù)、資源有效和低碳的循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)得到越來越多的重視，如何使得結(jié)構(gòu)或構(gòu)件具備全生命周期可拆卸和重復(fù)利用功能，已成為研究的熱點(diǎn)[3]。在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)中，使用螺栓替代焊接栓釘作為抗剪連接件，也得到越來越多的研究和實(shí)際應(yīng)用[4]。

雖然螺栓作為抗剪連接件使組合梁具備可拆卸性，但是多位學(xué)者[5-9]通過推出試驗(yàn)得出螺栓連接件剪切變形小于或略大于Eurocode 4 規(guī)定6 mm限值，變形能力較差，因此有必要采取一定措施增強(qiáng)螺栓抗剪連接件的變形能力。針對傳統(tǒng)焊接栓釘抗剪連接件存在變形能力不足的問題，劉玉擎等[10-11]在焊釘桿部外套橡膠構(gòu)成新型焊釘-橡膠連接件，Han 等[12]則首次將摻加橡膠顆粒的彈性混凝土用于焊釘連接的鋼-混組合梁，兩位學(xué)者采用弱化連接件周圍材料的方法來提高連接件變形能力?；谙嗨频乃悸罚槍β菟辜暨B接件變形能力較低的問題，本文提出了一種插塊式螺栓抗剪連接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)，如圖1 所示。這種插塊式螺栓抗剪連接件通過錐臺式的插塊設(shè)計(jì)，使得螺栓螺桿根部部分區(qū)段周圍無混凝土包裹，成為預(yù)設(shè)的集中變形區(qū)段。此外，將螺栓抗剪連接件封裝成插塊形式，便于裝配和可拆卸功能的實(shí)現(xiàn)。

如圖1 所示，PTBSC 由上部的埋固段、螺桿根部的集中變形段和下部的緊固段三部分組成。

圖1 插塊式螺栓抗剪連接件細(xì)節(jié)圖Fig. 1 Details of PTBSC

埋固段將混凝土插塊和雙頭螺紋高強(qiáng)螺栓預(yù)制成一體，通過插塊頂端外露的螺栓螺紋段擰緊螺母，插塊整體楔入混凝土板預(yù)留孔內(nèi)且與預(yù)留孔孔壁嚴(yán)密貼合，該段可將螺栓承受剪切作用力時(shí)對混凝土體的損傷阻斷在插塊范圍內(nèi)，降低了混凝土板的損傷。

集中變形段是在插塊下表面和錐形螺母上表面之間預(yù)留了螺栓螺桿的變形區(qū)段，因?yàn)殇摬牡淖冃文芰^強(qiáng)，因此這種設(shè)置可增強(qiáng)連接件變形能力。

緊固段通過在鋼梁翼緣鉆設(shè)錐臺形開孔，并通過部分埋入錐臺形開孔的錐形螺母和普通螺母將帶螺紋段的穿孔螺桿緊固于鋼梁翼緣上，首先由于錐形螺母增大了剪切面接觸面積從而減小了作用于鋼梁開孔的應(yīng)力，因此保護(hù)了鋼梁開孔，其次錐形螺母的使用避免了鋼梁的初始滑移問題，也避免螺紋段與鋼梁開孔接觸造成的螺紋段局部變形，增強(qiáng)了連接件可拆卸性。

本文提出的插塊式剪力連接件采用抗壓強(qiáng)度大于100 MPa 超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)作為插塊材料，作為保證連接件在發(fā)生插塊的壓潰破壞之前，先發(fā)生螺栓集中變形段剪斷破壞的構(gòu)造措施。

為了對PTBSC 的力學(xué)性能進(jìn)行理論評價(jià)，本文研究了現(xiàn)有抗剪連接件理論計(jì)算公式。針對焊接栓釘連接件[13-18]、新型連接件[19-21]和螺栓連接件[5,22-23]，國內(nèi)外規(guī)范和學(xué)者運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析或理論推導(dǎo)的方法給出了抗剪連接件抗剪承載力的計(jì)算公式。

本文首先根據(jù)初步推出試驗(yàn)和相應(yīng)的精細(xì)化有限元分析，得到PTBSC 的剪切-滑移關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)曲線呈現(xiàn)明顯的近似雙線性。基于PTBSC 的受力機(jī)理，提出了其在抗剪承載力屈服狀態(tài)的理想受力模型，推導(dǎo)出PTBSC 的屈服抗剪承載力的理論計(jì)算公式。通過理論計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果的比較，對提出的理論計(jì)算公式的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，并分析了不同參數(shù)對PTBSC 屈服抗剪承載力的影響規(guī)律，為PTBSC 的工程應(yīng)用給出了設(shè)計(jì)建議。最后，通過有限元模擬結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，得到了PTBSC 極限抗剪承載力的經(jīng)驗(yàn)公式。

1 剪切-滑移特性

為研究PTBSC 的基本力學(xué)行為和剪切-滑移特性，本文參照Eurocode 4[14]設(shè)計(jì)了2 組推出試件，并以推出試件為原型建立了相應(yīng)的ABAQUS 有限元分析模型。

如圖2(a)所示，推出試件包括2 塊帶錐臺形預(yù)留孔的混凝土板、1 根鉆設(shè)錐形開孔的H 型鋼梁、2 個(gè)PTBSC。其中，PTBSC 是由混凝土插塊與2 根雙頭螺紋高強(qiáng)螺栓及其配套的六角螺母和適配于鋼梁開孔的錐形螺母組成。在推出試件頂部使用位移控制進(jìn)行加載，加載速率為0.5 mm/min，過螺栓水平面位置設(shè)有4 個(gè)位移計(jì)，用于測量推出試件四個(gè)高強(qiáng)螺栓的相對滑移s，頂端豎向荷載通過液壓機(jī)內(nèi)置力傳感器讀取，單個(gè)螺栓所承受剪力P取頂端施加荷載的1/4。如圖2(b)所示，以所制作推出試件為原型建立了推出試件的ABAQUS有限元模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。模型中的不同部件(H 型鋼、螺栓、插塊和混凝土板等)間的相互關(guān)系如下：不同部件之間采用面面接觸(surface-tosurface)，接觸關(guān)系定義中切向采用罰函數(shù)，法向采用硬接觸來模擬，鋼材與鋼材、鋼材與混凝土之間的摩擦系數(shù)分別取為0.3、0.25；鋼筋骨架與混凝土板的相互關(guān)系則采用嵌入關(guān)系進(jìn)行模擬。采用動(dòng)態(tài)顯式進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果獲取方法與推出試驗(yàn)相同。

圖2 推出試件原型試驗(yàn)及有限元模型Fig. 2 Push-out specimen prototype test and FEM

圖3 為分別采用M14 和M18 螺栓的兩組PTBSC 試驗(yàn)及有限元分析中的破壞模式對照圖。推出試驗(yàn)和對應(yīng)的有限元分析發(fā)生的破壞模式均為螺栓集中變形段剪斷破壞，且集中變形段均表現(xiàn)出較好的變形能力，驗(yàn)證了PTBSC 的設(shè)計(jì)破壞模式，同時(shí)表明有限元模型可再現(xiàn)PTBSC 的破壞模式。

圖3 試驗(yàn)和有限元PTBSC 破壞模式Fig. 3 Failure mode of test and FEA for PTBSC

圖4 為分別采用M14 和M18 螺栓的兩組PTBSC，以及普通M14 螺栓[24]的剪切-滑移曲線的推出試驗(yàn)結(jié)果及有限元模擬結(jié)果。將有限元曲線與試驗(yàn)曲線對比可以發(fā)現(xiàn)，其屈服荷載和極限荷載的誤差在12%以內(nèi)，有限元模型可較好地模擬出PTBSC 的剪切-滑移行為。其次，有限元分析曲線和推出試驗(yàn)曲線的曲線形狀均表明PTBSC 的剪切-滑移關(guān)系曲線存在明顯的屈服點(diǎn)和極限點(diǎn)，曲線呈現(xiàn)出近似雙線性特征。同時(shí)，曲線有較大的屈服后剛度(為初始剛度的1/3～1/2)，以及較大的屈服后承載力儲備(極限承載力接近2 倍的屈服承載力)。最后，對比表明，PTBSC 在相同直徑的條件下，其極限抗剪承載力與普通螺栓相當(dāng)，而變形能力則遠(yuǎn)大于普通螺栓抗剪連接件。

圖4 試驗(yàn)和有限元PTBSC 剪切-滑移曲線Fig. 4 Load-slip curve for PTBSC of tests and FEA

如圖5 所示，對剪切-滑移曲線近似為雙線性關(guān)系。其中，屈服抗剪承載力Py參考馮鵬等[25]提出的“最遠(yuǎn)點(diǎn)法”來確定，極限抗剪承載力Pu則取為剪切-滑移關(guān)系曲線的峰值點(diǎn)。

圖5 典型的PTBSC 剪切-滑移關(guān)系曲線Fig. 5 Characterized shear-slip relationship curve of PTBSC

為便于對采用PTBSC 的組合構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要在理論分析的基礎(chǔ)上建立其Py和Pu相應(yīng)預(yù)測和計(jì)算方法。

2 屈服抗剪承載力的理論分析

2.1 屈服抗剪承載力的理論推導(dǎo)

屈服抗剪承載力Py是抗剪連接件力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，常用的焊接栓釘抗剪連接件的剪切-滑移關(guān)系曲線中并無明顯的屈服點(diǎn)，通?；谄錁O限抗剪承載力按一定取值方法來確定。本文提出的PTBSC 的剪切-滑移關(guān)系曲線具有明顯的屈服點(diǎn)，因此，本節(jié)根據(jù)其屈服時(shí)對應(yīng)的受力狀態(tài)，通過理論推導(dǎo)的方式，確定其屈服抗剪承載力。

為簡化受力狀態(tài)的分析，對PTBSC 力學(xué)模型作理想化假設(shè)如下：

1) PTBSC 在工作荷載下的力學(xué)性能符合彈塑性理論，該理論認(rèn)為PTBSC 中的高強(qiáng)螺栓是一個(gè)均質(zhì)的理想彈塑性部件，PTBSC 中插塊材料是一種均質(zhì)的理想彈塑性材料。

2) PTBSC 各部分在工作荷載下的變形滿足變形協(xié)調(diào)原理。

3) PTBSC 中插塊材料具有足夠高的強(qiáng)度，以避免在各種外力的共同作用下PTBSC 中的插塊的完全壓潰。

4) PTBSC 中螺栓在剪力作用下的變形應(yīng)在滿足部件正常工作的范圍內(nèi)。錐形螺母和鋼梁翼緣錐形孔、插塊和預(yù)留孔均始終嚴(yán)密貼合，錐形螺母未發(fā)生相對于錐形孔的相對位移。

由于本文所提PTBSC 受力機(jī)理與埋置在粘性土中的樁頭被約束樁的受力狀態(tài)類似，因此借鑒Broms[26]對于樁基水平承載力的理論推導(dǎo)方法對PTBSC 屈服抗剪承載力理論公式進(jìn)行推導(dǎo)。

選取如圖6(a)所示的單個(gè)PTBSC 作為分析原型，對其進(jìn)行受力簡化如圖6(b)所示。螺栓上側(cè)插塊上表面位置邊界條件簡化為固端支座，螺栓下側(cè)錐形螺母上表面位置邊界條件簡化為滑動(dòng)支座，埋固段螺栓簡化為直徑D0的光滑螺桿，集中變形段螺栓簡化為直徑Dn(螺紋段螺栓最小截面直徑)的光滑螺桿，插塊簡化為與混凝土板固結(jié)的混凝土體，其中滑動(dòng)支座處承受垂直于螺桿軸線的剪力P。

PTBSC 在受剪力作用時(shí)螺桿對插塊混凝土體產(chǎn)生擠壓變形，并產(chǎn)生反作用力。如圖6(c)所示，隨著剪力P增大，長度為Hn集中變形段在錐形螺母上表面處(即最大負(fù)彎矩處)形成塑性鉸C；隨后，埋固段螺栓距離插塊下表面Hy的最大正彎矩處也形成塑性鉸D，螺栓兩個(gè)塑性鉸C和塑性鉸D處的彎矩值分別為對應(yīng)螺栓截面的屈服彎矩。此時(shí)，抗剪連接件PTBSC 達(dá)到其屈服抗剪承載力Py。

圖6 PTBSC 屈服抗剪承載力力學(xué)機(jī)理Fig. 6 Mechanical mechanism of PTBSC yield strength

假設(shè)在兩個(gè)塑性鉸C和D之間混凝土的反力在整個(gè)區(qū)域達(dá)到側(cè)向抗壓強(qiáng)度，等效成大小為λfc/2(λ 為反力系數(shù)[26]，fc為插塊的抗壓強(qiáng)度)的均布荷載作用于該段螺栓，荷載分布如圖6(d)所示。

因此，通過求解如圖6(d)所示靜力平衡，可得到PTBSC 如圖6(e)所示彎矩分布圖，以及屈服抗剪承載力Py理論計(jì)算公式。

根據(jù)圖6(d)中靜力平衡進(jìn)行以下求解。

由水平方向的靜力平衡∑FH=0，有：

式中：λ 為反力系數(shù)，Broms 研究其范圍在[8.28,12.56]，本文經(jīng)過試算取與有限元分析結(jié)果最吻合的取值，取為λ=9；fc/MPa 為混凝土抗壓強(qiáng)度；D0/mm 為螺栓光滑段直徑；Hy/mm 為螺栓塑性鉸D與插塊下表面的距離；Py/N 為螺栓屈服時(shí)的剪切力。

由繞塑性鉸C的彎矩平衡∑MC=0，有：

2.2 參數(shù)分析和公式驗(yàn)證

由于抗剪連接件的屈服抗剪承載力在工程設(shè)計(jì)中具有重要作用，本文對所提出的屈服抗剪承載力理論計(jì)算公式相關(guān)變量進(jìn)行了如表1 所示參數(shù)分析，即螺栓直徑D0、螺栓強(qiáng)度等級、集中變形段的長細(xì)比Hn/Dn、插塊材料(混凝土)性能，以便為PTBSC 的工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)參考。為減少分析參數(shù)，統(tǒng)一取Dn=0.88D0-1.17，該線性關(guān)系通過對工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)手冊中各型號高強(qiáng)螺栓的螺紋段有效直徑與光滑段直徑進(jìn)行線性擬合得到。本節(jié)內(nèi)容包含兩方面：一是基于本文提出的屈服抗剪承載力的理論計(jì)算公式，探討公式中的關(guān)鍵參數(shù)對其影響；二是以基于推出試驗(yàn)的有限元分析結(jié)果作為檢驗(yàn)的對照樣本，驗(yàn)證理論計(jì)算公式的有效性與準(zhǔn)確性。

表1 研究參數(shù)范圍Table 1 Range of parameters

1) 螺栓直徑的影響

螺栓直徑通常是影響抗剪連接件抗剪性能最重要參數(shù)，在所提出的屈服抗剪承載力理論公式中影響最為明顯。圖7 的曲線為屈服抗剪承載力隨PTBSC 的螺栓直徑變化的理論公式計(jì)算曲線(式(3))，隨著螺栓直徑的增加，PTBSC 屈服抗剪承載力不斷增加，說明增加螺栓直徑對PTBSC 的屈服抗剪承載力提高作用明顯，但當(dāng)螺栓直徑小于10 mm，屈服抗剪承載力很小，因此在組合梁中不建議使用此直徑范圍值的螺栓作為抗剪連接件。

圖7 螺栓直徑對屈服抗剪承載力的影響規(guī)律Fig. 7 Effect of D0 on Py

圖7 中的數(shù)據(jù)標(biāo)記點(diǎn)為與理論公式相同的計(jì)算參數(shù)下的有限元分析結(jié)果。對比圖7 中的理論公式計(jì)算曲線與有限元計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，理論公式計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果吻合較好。只有在螺栓強(qiáng)度為10.9 級時(shí)，螺栓直徑大于M20 時(shí)PTBSC發(fā)生插塊壓潰破壞，理論計(jì)算結(jié)果大于有限元分析結(jié)果，過高預(yù)測了屈服抗剪承載力Py。

2) 螺栓屈服強(qiáng)度的影響

螺栓屈服強(qiáng)度作為抗剪連接件材料性能的指標(biāo)，也是其抗剪性能的重要影響參數(shù)。圖8 的曲線為屈服抗剪承載力Py隨PTBSC 的螺栓屈服強(qiáng)度變化的理論公式計(jì)算曲線，隨著螺栓材料屈服強(qiáng)度fy的提高，PTBSC 屈服抗剪承載力理論公式計(jì)算值隨之增大，增長的速率逐漸減小，說明螺栓屈服強(qiáng)度的提高，對PTBSC 屈服抗剪承載力的影響越來越小，由于實(shí)際工程抗剪性能需求，PTBSC中所使用的螺栓建議采用高強(qiáng)螺栓，即強(qiáng)度等級在6.8 級和12.9 級之間，強(qiáng)度等級不宜過大以避免材料浪費(fèi)，與減輕螺栓對混凝土和鋼梁的損傷。

圖8 螺栓屈服強(qiáng)度對屈服抗剪承載力的影響規(guī)律Fig. 8 Effect of fy on Py

當(dāng)PTBSC 采用M14 和M18 時(shí)，理論公式的計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果吻合得較好。當(dāng)螺栓直徑為M22 且螺栓強(qiáng)度等級大于8.8 級時(shí)，PTBSC發(fā)生插塊壓潰破壞，理論公式計(jì)算結(jié)果大于有限元分析結(jié)果，其原因是理論公式的計(jì)算假設(shè)前提為螺栓塑性屈服而插塊不發(fā)生破壞。

3) 集中變形段長細(xì)比的影響

PTBSC 通過設(shè)置集中變形段來提高連接件的變形能力，集中變形段長度Hn的變化會影響連接件的抗剪性能。為使參數(shù)無量綱化，對Py和集中變形段的長細(xì)比Hn/Dn的關(guān)系進(jìn)行研究。圖9 中的曲線為屈服抗剪承載力隨Hn/Dn變化的理論計(jì)算曲線，隨著螺栓集中變形段長細(xì)比增大，PTBSC屈服抗剪承載力不斷減小，當(dāng)長細(xì)比大于2.5 時(shí)，Py基本沒有變化，說明在設(shè)計(jì)中在滿足PTBSC 變形要求的情況下宜減小長細(xì)比，以獲得更大的Py。

圖9 集中變形段長細(xì)比對屈服抗剪承載力影響規(guī)律Fig. 9 Effect of Hn/Dn on Py

經(jīng)有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圖9 中當(dāng)Hn/Dn為0.5 時(shí)，理論計(jì)算結(jié)果明顯大于有限元分析結(jié)果，其原因是該長細(xì)比不滿足理論計(jì)算的彎剪變形假設(shè)，因此應(yīng)避免Hn/Dn小于0.5。當(dāng)Hn/Dn在1.0～2.0 時(shí)，理論公式的計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果吻合得較好。

4) 插塊材料抗壓強(qiáng)度的影響

在鋼-混凝土組合構(gòu)件中，抗剪連接件周圍的混凝土材料的力學(xué)性能對連接件的抗剪性能影響顯著[27]。為提高PTBSC 的抗剪性能，本文對插塊材料進(jìn)行參數(shù)分析。圖10 的曲線為屈服抗剪承載力Py隨插塊抗壓強(qiáng)度fc變化的理論公式計(jì)算曲線。觀察曲線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)插塊材料的抗壓強(qiáng)度超過50 MPa 后，Py增長緩慢；當(dāng)插塊材料抗壓強(qiáng)度超過100 MPa，Py變化很小。由于本文所設(shè)計(jì)的PTBSC 既定的插塊材料為UHPC，并且UHPC 的抗壓強(qiáng)度大于100 MPa，因此上述論證為本文預(yù)先選定的UHPC 插塊材料提供理論依據(jù)。

圖10 插塊材料抗壓強(qiáng)度對屈服抗剪承載力的影響規(guī)律Fig. 10 Effect of fc on Py

5) 反力系數(shù)λ 取值的影響

為了比較反力系數(shù)的不同取值對式(3)的計(jì)算精度的影響，在已經(jīng)確定反力系數(shù)的適當(dāng)取值范圍[8.28, 12.56]中選取4 個(gè)代表數(shù)值：8、9、10和12，并將其分別代入式(3)進(jìn)行有效性和準(zhǔn)確性驗(yàn)證。

將全部犯罪劃分為輕罪和重罪，并通過簡易程序，用較輕的刑罰方法制裁輕罪，是域外許多國家的普遍做法。在我國，關(guān)于建立輕罪制裁制度的建議也很早就有學(xué)者提出[1]，但由于我國的犯罪成立標(biāo)準(zhǔn)總體較高，犯罪圈較小，故這一建議一直未引起應(yīng)有的重視。近年來，隨著勞動(dòng)教養(yǎng)制度的廢止和《刑法》的第八、九次修正，大量原屬治安違法或行政違法的行為被納入犯罪圈，我國輕型犯罪的規(guī)模迅速擴(kuò)大。在此背景下，構(gòu)建輕罪制裁制度的呼聲日益高漲。筆者也贊同這一提議?！巴ㄟ^程序繁簡、刑罰輕重的不同安排，合理配置資源，以快速簡易程序輕緩處罰治理大量輕微犯罪，而將有限資源集中處理少數(shù)嚴(yán)重犯罪，這是科學(xué)治理犯罪的基本要求?！盵2]

圖11 數(shù)據(jù)標(biāo)記點(diǎn)為PTBSC 屈服抗剪承載力Py理論計(jì)算結(jié)果和有限元分析結(jié)果，對角實(shí)線為橫縱軸等值線。圖11(a)～圖11(d)中理論計(jì)算公式中的反力系數(shù)λ 分別使用8、9、10 和12。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出：與λ=9 相比，代入其他數(shù)值下理論計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果的比值平均值的差值在正負(fù)0.03之內(nèi)，對應(yīng)的變異系數(shù)(coefficient of variation, CoV)差值在正負(fù)0.02 之內(nèi)，說明λ 對Py影響很小，因此本文取反力系數(shù)λ=9 進(jìn)行計(jì)算。

圖11 屈服抗剪承載力理論公式和反力系數(shù)λ 評估Fig. 11 Evaluation of theoretical formula for Py and λ

Py標(biāo)記點(diǎn)分布在等值線兩側(cè)，理論計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果偏差在正負(fù)20%之內(nèi)，吻合較好。因此，本文所提出的PTBSC 屈服抗剪承載力理論計(jì)算公式具有較好準(zhǔn)確性，可用于指導(dǎo)PTBSC的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

3 極限抗剪承載力的評估公式

極限抗剪承載力是PTBSC 的剪切-滑移關(guān)系曲線中的關(guān)鍵指標(biāo)，需要對其進(jìn)行定量評估。

目前，國內(nèi)外針對抗剪連接件極限抗剪承載力的計(jì)算及預(yù)測，主要針對混凝土壓潰破壞和連接件剪斷破壞兩種破壞模式分別提出相應(yīng)的計(jì)算公式。本文所提出的PTBSC 構(gòu)造措施使其只有螺栓集中變形段剪斷破壞一種破壞模式，因此僅需對螺栓剪斷破壞模式下的極限抗剪承載力進(jìn)行理論評估。當(dāng)螺栓抗剪連接件的破壞模式為螺栓剪斷時(shí)，其極限抗剪承載能力一般表示為Pu=αAscfu。其中，不同的研究針對α 的取值有不同的建議，如Kwon 等[22]取α=0.5，Liu 等[23]取α=0.66。如圖12 所示，本文提出的新型抗剪連接件極限抗剪承載力采用相同的表達(dá)式，α 的取值通過對有限元分析結(jié)果中的極限抗剪承載力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析來確定。

圖12 PTBSC 極限抗剪承載力理論公式評估Fig. 12 Evaluation of theoretical formula for Pu of PTBSC

計(jì)算發(fā)現(xiàn)，有效的樣本數(shù)據(jù)線性回歸所得α=0.77，相關(guān)指數(shù)R2=0.96，具有較高準(zhǔn)確性，因此可得出PTBSC 極限抗剪承載力回歸公式Pu=0.77Ascfu。圖12 中實(shí)線為回歸線Pu=0.77Ascfu，圖中各數(shù)據(jù)標(biāo)記點(diǎn)分別為四種研究參數(shù)所得極限抗剪承載力，有限元分析結(jié)果與回歸線偏差在正負(fù)10%之內(nèi)，即系數(shù)α 在0.7～0.85 變化。本文為提出可用于指導(dǎo)PTBSC 的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用且具有一定安全儲備的Pu理論計(jì)算公式，取系數(shù)α 為下限值0.7，因此可得理論計(jì)算公式Pu=0.7Ascfu。

4 結(jié)論

本文為實(shí)現(xiàn)裝配式鋼-混凝土組合梁的可拆卸功能的目標(biāo)及其抗剪連接件的變形能力改善需求，提出了一種高變形能力的插塊式螺栓抗剪連接件。通過對新型高變形能力抗剪連接件的抗剪承載力進(jìn)行受力分析，提出了相應(yīng)的理論計(jì)算公式，得出主要結(jié)論如下：

(1) 根據(jù)PTBSC 推出試驗(yàn)和有限元分析研究發(fā)現(xiàn)，PTBSC 的剪切-滑移關(guān)系曲線存在明顯的屈服點(diǎn)和極限點(diǎn)，曲線呈現(xiàn)出近似雙線性特征。同時(shí)，曲線有較大的屈服后剛度(為初始剛度的1/3～1/2)，以及較大的屈服后承載力儲備(極限承載力接近2 倍的屈服承載力)。

(2) 針對PTBSC 的屈服抗剪承載力和極限抗剪承載力，分別提出了相應(yīng)的理論計(jì)算公式，經(jīng)有限元分析驗(yàn)證表明，所提出的理論計(jì)算公式均有較高的精度。

(3) PTBSC 的屈服抗剪承載力隨螺栓直徑、螺栓屈服強(qiáng)度的增加而顯著提高；隨集中變形段長細(xì)比增大而變小，長細(xì)比在1.0～2.0 時(shí)，理論公式計(jì)算結(jié)果能較精確地預(yù)測PTBSC 的屈服抗剪承載力；當(dāng)插塊材料抗壓強(qiáng)度超過100 MPa，屈服抗剪承載力提高的幅度變化很小，因此本文預(yù)先選定UHPC 插塊材料經(jīng)理論分析是合理的。