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    鋼—混凝土組合梁抗剪連接件承載力計算研究

    2010-04-14 03:28:30張鵬飛
    山西建筑 2010年16期
    關(guān)鍵詞:栓釘交界面連接件

    張鵬飛

    1 概述

    鋼—混凝土組合梁是一種重要的橫向承重組合構(gòu)件,通過抗剪連接件將鋼梁和混凝土板組合成整體共同受力,從而能夠充分發(fā)揮鋼材抗拉、混凝土抗壓性能好的優(yōu)點。而抗剪連接件是將鋼梁與混凝土板組合在一起工作的關(guān)鍵部件,起到了傳遞混凝土與鋼梁之間縱向剪力的作用,同時還能抵抗使兩者分離的掀起作用。

    2 剪力連接件的分類及特點

    剪力連接件可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。剛性連接件包括方鋼連接件、U形連接件、T形連接件和馬蹄形連接件;而圓柱頭栓釘、摩擦型高強螺栓、錨型連接件、L形連接件以及角鋼則屬于柔性連接件。剛性連接件在傳遞交界面的剪力時不能變形,而柔性剪力連接件在傳遞交界面的剪力時具有很好的變形能力,這有利于交界面連接件之間的剪力重分布,為剪力連接件的簡化設(shè)計和施工奠定了基礎(chǔ),也就是說在設(shè)計剪力連接時,可以不按照剪力圖形布置連接件,而可以簡單地沿整個梁長或分段均勻布置。這兩類連接件除了在剛性(每單位滑移的荷載量)方面有明顯的不同外,在破壞形態(tài)方面也有所不同,剛性連接件易于在周圍混凝土中引起較高的應(yīng)力集中,使混凝土壓碎或剪切破壞,甚至焊接破壞;柔性連接件的破壞形態(tài)則較為協(xié)調(diào)一致,很少突然破壞。故從結(jié)構(gòu)的安全角度出發(fā),應(yīng)該偏向于使用柔性連接件。所以目前國內(nèi)設(shè)計規(guī)范推薦并得到大量實際應(yīng)用的鋼—混凝土組合梁用剪切連接件有圓柱頭栓釘連接件、槽鋼連接件和彎起鋼筋連接件三種(見圖1)。

    3 抗剪連接件承載力計算

    為了確定栓釘連接件的抗剪能力,可以根據(jù)組合梁截面極限抗彎承載力計算方法,并考慮剪跨混凝土翼板隔離體的平衡條件來確定栓釘受到的剪力。其中需要確定彎曲極限狀態(tài)時臨界截面混凝土翼板壓應(yīng)力的合力C,而C的計算精度取決于極限抗彎能力的計算精度。組合梁臨界截面的理論極限抗彎能力 Mu可以按照如圖2,圖3所示的模型確定,設(shè)在彎曲極限狀態(tài)時臨界截面的簡化等效矩形應(yīng)力塊如圖 2b),圖 2c),圖 3b)及圖3c)所示。圖2b),圖2c)和圖3b),圖3c)所示的等效矩形應(yīng)力塊模型分別表示塑性中和軸位于混凝土翼板和鋼梁截面兩種情況。

    在彎曲極限狀態(tài)時,組合梁剪跨內(nèi)栓釘?shù)目辜舫休d力理論平均值 Vu可以按下式確定:

    單面截面處:

    雙面截面上翼緣混凝土板和鋼梁交界面處:

    雙面截面下翼緣混凝土板和鋼梁交界面處:

    根據(jù)我國GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定:

    其中,As=πd2/4;Ec為混凝土彈性模量;fc為混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值;f為栓釘?shù)目估瓘姸仍O(shè)計值;γ為栓釘材料抗拉強度最小值與屈服強度之比。

    當(dāng)栓釘材料性能等級為 4.6級時,取 f=215 N/mm2,γ=1.67。

    根據(jù)本次試驗梁的加載形式,進(jìn)行剪跨區(qū)劃分。其劃分形式如圖4所示。

    跨中截面處:Vs=fAs(f為鋼梁的屈服強度;As為鋼梁的橫截面面積)。

    中支座上翼緣混凝土板處:Vs=frAr。

    中支座下翼緣混凝土板處:Vs=C。

    由此可得每個剪跨區(qū)所需栓釘數(shù)目。

    m1區(qū),m2區(qū),m5區(qū),m6區(qū)需要栓釘?shù)淖畲髠€數(shù)為:

    m3區(qū),m4區(qū)頂板需栓釘個數(shù)為:

    m3區(qū),m4區(qū)底板需栓釘個數(shù)為:

    4 結(jié)語

    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??辜暨B接件在組合梁中主要用于抵抗鋼梁與混凝土翼板之間的縱向剪力,同時還起到防止與鋼梁豎向分離的作用。

    通過國內(nèi)外的試驗和分析表明,在焊縫質(zhì)量得到保證的前提下,即使在抗剪連接程度很低時,組合梁中的栓釘抗剪連接件本身也不會發(fā)生破壞,栓釘在組合梁中的實際抗剪承載能力比推出試件中要高,并隨著 n/nf的減小而增大。當(dāng) n/nf≤1.0時,栓釘?shù)膶嶋H承載能力比我國規(guī)范里面規(guī)定的栓釘承載能力要大很多。這就造成了栓釘抗剪承載力計算公式偏于保守,導(dǎo)致計算所需栓釘數(shù)量偏多,間距偏小,除不利于設(shè)計構(gòu)造和施工外,還增加了造價,因此,我國規(guī)范有關(guān)于栓釘抗剪承載力的計算還有待于完善。

    [1] 聶建國,譚 英,王洪全.鋼—高強混凝土組合梁栓釘剪力連接件的設(shè)計計算[J].清華大學(xué)學(xué)報,1999,39(12):94-97.

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    [3] 聶建國,王洪全.鋼—混凝土組合梁縱向抗剪的試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報 ,1997 ,18(2):13-19.

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