A2-1 31.5 195 195 1.83
A2-2 31.5 226 1.55
A2-3 31.5 208 1.61
A3-1 30.1 216 1.41
A3-2 30.1 200 1.40
A3-3 30.1 200 200 1.37
B1-1 35.1 508 1.88
B1-2 35.1 512 1.69
B1-3 35.1 470 235 1.77
B2-1 31.5 426 1.35
B2-2 31.5 520 1.25
B2-3 31.5 420 210 1.81
B3-1 35.0 480 2.52
B3-2 35.0 480 240 1.78
B3-3 35.0 486 1.46 2.3荷载—滑移曲线
根据试验结果,绘出了七组试件的荷载—滑移曲线,见图2(其余略)。由图2可以得出以下结论:
⑴A组试件(不含A4组)在荷载P=0.4Pu(B组试件在荷载P=0.25Pu ,Pu—极限荷载)以下时,荷载—滑移曲线大致呈线性关系,当荷载大于0.4Pu(B组试件为0.25Pu )时,荷载—滑移曲线呈非线性关系,随着荷载的增加,滑移逐渐加大,非线性关系特性越来越明显。
⑵混凝土抗压强度较高的试件,连接件的承载力相应较高,滑移量亦相对较大;荷载—滑移曲线线性关系段与混凝土抗压强度相关,混凝土抗压强度高的线性关系段比混凝土抗压强度低的线性关系段长。
⑶在钢板孔径、钢板厚度、混凝土强度相同的情况下,多孔连接件的滑移量与单孔连接件的滑移量接近。
3开孔钢板连接件承载力计算公式
3.1连接件的极限抗剪强度及其影响因素分析
影响开孔钢板极限承载力和钢与混凝土之间滑移性能的因素有钢板孔径、钢板厚度、钢板间距、钢板保护层大小、混凝土强度、贯穿钢筋面积与强度及其布置方式和锚固长度、横向钢筋面积与强度及其布置方式、孔洞间距、孔洞形状等。本文以不同的钢板孔径(>60mm)、钢板厚度、混凝土强度、孔洞间距等为变量,进行了七组连接件推出试验。根据本文连接件的试验结果和国内外关于开孔钢板连接件的研究和试验成果[5] [7] [9] [10] [11]可以得到影响开孔钢板连接件极限抗剪强度的主要因素有:钢板孔径、混凝土强度、孔内是否设有贯穿钢筋等。本文通过试验回归并参照文献[8]模式提出孔内不设贯穿钢筋时的开孔钢板连接件极限抗剪强度表达式:
Qu=(0.6763A+154.373×103) /γ (1)
式中:
Qu—开孔钢板剪力连接件极限抗剪强度(N);
,其中40×103≤A≤200×103(N);
d—开孔钢板圆孔的直径(60
fcd—混凝土的抗压强度(N/mm2);
d—开孔钢板的厚度(mm);
γ—构件系数,一般取γ=1.0。
试件极限抗剪强度试验值与回归值比较见表2。由表2可见,试件极限抗剪强度试验值与回归值吻合较好。
表2 试件极限抗剪强度试验值与回归值比较 试件 A1 A2 A3 B1 B2 B3 试验值(kN) 246 195 200 235 210 240
回归值(kN) 218.9 184.7 218.3 228.9 221.3 228.7 值得一提的是,孔间钢板抗剪承载力及开孔钢板剪力连接件的构造亦应满足文献[8]之规定。
3.2荷载—滑移关系的确定
开孔钢板连接件的荷载—滑移关系是评价连接件抗剪承载力和变形性能关系的一个十分重要的物理量。通过试验得到的荷载—滑移关系曲线是反映抗剪连接件工作性能的特征曲线。从目前国内外现有的资料来看,确定一个精确反映开孔钢板连接件的荷载—滑移关系的数学模型还很困难。本文通过本次试验得到的荷载—滑移关系曲线的特征并考虑混凝土的本构关系[12],由试验数据的回归统计分析,得到开孔钢板连接件的荷载—滑移公式:
Q=252.52u-122.04u2+31.58 u3 (2)
式中:
Q—开孔钢板剪力连接件的作用荷载(kN);
u—开孔钢板与混凝土间的相对滑移(mm );
开孔钢板连接件的试验滑移值与计算值比较见表3,由表3可见,试验滑移值与计算值吻合较好。表3 试验滑移值与计算值比较 试件 A1 A2 A3 B1 B2 B3 极限荷载(kN) 246 195 200 235 210 240
试验值(mm) 1.69 1.66 1.39 1.78 1.47 1.92
计算值(mm) 1.82 1.34 1.39 1.73 1.49 1.77 4.结论
通过上述试验研究得到以下初步结论:
4.1当开孔钢板孔径60
4.2开孔钢板厚度相差较小(本文相差4mm)时,钢板厚度对连接件抗剪承载力的影响甚微;
4.3当开孔钢板圆孔间距≤4d(d为圆孔直径)时,圆孔间距对连接件抗剪承载力的影响很小;
4.4本文试验的21个开孔钢板连接件试件,孔内未设贯穿钢筋,试验测得的钢与混凝土间的相对滑移值较小,连接件的延性较差。若在开孔钢板连接件孔内应设置贯穿钢筋,则可以大幅度提高这种连接件的抗剪承载力和延性[3]。
4.5为了防止钢板在试验过程中偏心受压以及钢板局部挠曲,可将开孔钢板连接件设计成受拉试件进行试验。
参考文献
[1] Leonhardt F. Neues,Vorteilhaftes Verbundmittel fur Stahlverbund-Tragwerke mit Hoher Dauerfestigkeit[J].Beton-und Stahlbetonbau,1987,(12):325-331.
[2] 刘玉擎.组合结构桥梁[M]. 北京:人民交通出版社.2005.
[3] 刘玉擎等.开孔板连接件抗剪性能试验研究[J].桥梁建设,2006,(6):1-4.
[4] 胡建华等.PBL剪力连接件承载力试验[J], 中国公路学报,2006,19(6):65-72.
[5] 胡建华等, PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究[J], 铁道科学与工程学报,2007,4(6):12-18.
[6] 胡建华等, PBL剪力键钢混结合段设计与试验研究[J],钢结构, 2007,22(2):62-68.
[7] 宗周红等,剪力连接件静载和疲劳试验研究[J] ,福州大学学报, 1999,27(6) :61-66.
[8] Eurocode4,Design of composite steel and concrete structures.British standard institution ,London,1994.
[9] 刘玉擎等.连接件在桥梁结构中的应用与研究[J].哈尔滨工业大学学报,2003,35(8):272-275.
[10] Valente I,Paulo J S.Cruz. Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete[J]. Journal of Constructionl Steel Research, 2004,60:465-479.
[11] Oguejiofor E C, Hosain M U. Numerical analysis of push –out specimens with perfobond rib connectors[J].Computers and Structures ,1997, 62(4) :617-624.
[12] 王连广.钢与混凝土组合结构理论与计算[M]. 北京:科学出版社.2005.