)文章编号:１０００Ｇ０３３X(２０１８０８Ｇ００６５Ｇ０６
腹板嵌入式压型钢板组合梁中剪力
连接件的推出试验
(浙江绍兴 ３１绍兴市交通工程质量安全监督站,１２０００;２汕头大学广东省高等学校结构与
３
,王祥真１,周 奇２,姜 媛３
摘 要:腹板嵌入式压型钢板组合梁是在腹板嵌入式组合梁的基础上增加压型钢板后形成的一种新型组合梁,由于压型钢板的存在,剪力连接件的抗剪性能可能会发生一定的改变.通过对１２个推出试件进行试验,研究了腹板嵌入式压型钢板组合梁中剪力连接件抗剪承载力的特性,并通过参数回归方法拟合出了剪力连接件抗剪承载力的计算公式.试验结果表明:腹板嵌入式压型钢板组合梁的剪力连接件抗剪承载力随着齿口高度、混凝土强度等级的增加而提高;压型钢板对剪力连接件的抗剪承载力有一定程度的降低.
关键词:腹板嵌入式压型钢板组合梁;剪力连接件;推出试验;抗剪承载力中图分类号:U４４８．２１ 文献标志码:A
)风洞重点实验室,广东汕头 ５广东汕头 ５１５０６３;３汕头大学土木与环境工程系,１５０６３
PushＧoutTestofShearConnectorsinComositeBeamsofp
WebsandProfiledSteelPlates
(,,;１．ShaoxintationofTrafficEnineerinualitndSafetuervisionShaoxin１２０００,ZheianChinagSggQyaySpg３jg
,２．KeaboratorfStructureandWindTunnelofGuandoniherEducationInstitutesShantouyLyoggHg
,,;UniversitShantou５１５０６３,GuandonChina３．DeartmentofCivilandEnvironmentalyggp
,,,)EnineerinShantouUniversitShantou５１５０６３,GuandonChinaggygg
１２３３
,,WANGXianＧzhenZHOUQiJIANGYuang
,
formedbddinrofiledsteelplatestotheembeddedcomositebeam．Duetothepresenceofyagpp
,ttheprofiledsteelplatesheshearresistanceoftheshearconnectormahane．Theycgforcalculatinheshearcaacitasfittedbheparametricreressionmethod．Theresultsgtpywytgshearbearinaacitftheshearconnectors．gcpyo
:;;p;KeordscomositebeamofwebsandprofiledsteelplatesshearconnectorullＧouttestpywshearbearinaacitgcpy
１Ｇ２]
.传统钢新型组合结构[混凝土组合梁中,钢梁Ｇ]３
.如果去掉所受的应力较小,没有充分发挥作用[
:AbstractThecomositebeamofwebsandprofiledsteellatesisanewteofcomositebeamppypp
characteristicsofshearbearinaacitfshearconnectorsincomositebeamsofwebsandgcpyop
,rofiledsteellateswerestudiedbunninhepullＧouttestson１２secimensandtheformulappyrgtp
indicatethattheshearbearinaacitncreaseswiththeincreaseofthetoothheihtandthegcpyig
;strenthgradeofconcretetheprofiledsteelplatescauseacertaindereeofreductioninthegg
０ 引 言
梁,是在现有钢混凝土组合梁的基础上发展而来的Ｇ
腹板嵌入式组合梁是一种新型钢混凝土组合Ｇ
通常采用H型钢,其上翼缘位于截面中和轴附近,组合梁中钢梁上翼缘,在腹板上开槽或开孔直接嵌
收稿日期:２０１８Ｇ０１Ｇ２８
),作者简介:王祥真(男,山东诸城人,高级工程师,研究方向为桥梁工程.１９７０Ｇ
６５
入到混凝土翼板中形成剪力连接件,这样不仅省去了钢梁上翼缘,也无须另做剪力连接件如栓钉、槽钢
]４Ｇ５
.腹板嵌入式组合梁主要由倒T形钢及弯筋等[
接件推出试验,研究齿口高度、混凝土强度以及配筋率等参数对剪力连接件抗剪承载力的影响,并与腹板嵌入式组合梁对比,分析压型钢板对抗剪承载力的贡献.
梁和混凝土翼板组成,不需要专门的连接件,钢梁和混凝土翼板的组合作用由腹板上部开槽形成的剪力连接件实现,为获得较好的纵向抗剪和竖向抗拔性能,连接件形状一般采用等腰梯形,等腰梯形的槽钉在加工时可以套切腹板,不会浪费钢材,且无须焊
]６
接.李现辉[等对于腹板嵌入式钢混凝土组合梁Ｇ
１ 剪力连接件推出试验
１．１ 试验概况
剪力连接构件是将钢梁与混凝土翼板组合在一起共同工作的关键部件,起到传递钢梁与混凝土翼板之间纵向剪力的作用,同时还能抵抗混凝土翼板试组合梁剪力连接件纵向抗剪性能,研究剪力连接了１２个腹板嵌入式压型钢板组合梁推出试件.其中,试件S试件STＧ３为标准件;TＧ１~STＧ３除齿口寸都相同,STＧ１、STＧ２主要尺寸参数分别如图１和图２所示;STＧ３和STＧ６~STＧ９混凝土强度等级不高度不同外,混凝土强度等级、配筋率及试件主要尺
１３Ｇ１４]
.通常采用推出试验测与钢梁之间的掀起作用[
进行推出试验,结果表明:腹板嵌入式钢混凝土组Ｇ合梁中钢板连接件具有承载力高、易于实现完全抗剪连接的优点,而且连接件抗剪连接刚度大,可以减
６]
.少组合梁由于滑移效应引起的刚度折减[
件的破坏机理和抗剪承载力.本次试验共设计制作
腹板嵌入式组合梁虽然有节约钢材和栓钉、抗
剪承载能力高等优点,但倒T形钢梁侧向刚度低、稳定性差,易发生失稳,组合梁在施工阶段需要增加
７]
,额外的支撑系统[失去了传统组合梁施工便捷的
优点.
在组合梁上增加压型钢板,不仅可以提高混凝土翼板的抗拉能力,还可以作为永久模板和施工平台,加快施工速度,增大倒T梁的侧向刚度和钢梁
]８Ｇ１２
.为此,整体稳定性[本文提出在腹板嵌入式组
同;试件主要尺寸相同,STＧ３和STＧ１０配筋率不同,如图３所示;STＧ４和STＧ１１主要尺寸参数如图４所;示;压型钢板尺STＧ５和STＧ１２主要尺寸参数见图５.此外,寸参数见图６为了更好地模拟嵌入式组合梁中腹板的受力状态,在混凝土翼板和推出钢梁翼板间.特留出５０mm间隙.各试件主要参数见表１
保护层厚度/mm１５１５１５１５１５１５１５１５１５１５１５１５
混凝土等级C３０C３０C３０C３０C３０C３０C４０C５０C６０C３０C３０C３０
配筋率/％０．５６０．５６０．５６０．３７０．８４０．５６０．５６０．５６０．５６１．０９０．７３１．３１
合梁基础上增加压型钢板构成腹板嵌入式压型钢板组合梁,并进行腹板嵌入式压型钢板组合梁剪力连
齿口高度/
mm６０７０１２０９０９０９０９０９０１２０９０９０９０
上齿口长度/mm２００２００２００２４０１６０２００２００２００２００２００２４０１６０
下齿口长度/mm１００１００１００１２０１００１００１００１００１００１２０８０８０
混凝土板宽度/mm１２０１２０１２０１５０１００１２０１２０１２０１２０１２０１５０１００
表１ 推出试件参数
试件编号STＧ１STＧ２STＧ３STＧ４STＧ５STＧ６STＧ７STＧ８STＧ１０STＧ１１STＧ１２STＧ９
混凝土板高度/mm６９０６９０６９０８８０５７０６９０６９０６９０６９０６９０８８０５７０
压型钢板
有有有有有无有有有有有有
试验中钢梁采用Q２３５级钢.钢筋采用钢筋屈服强度实测平均值fHRB３００级,１２y＝３.混凝土翼板为现场浇筑,在板的上部和下部MPa６６
混凝土保护层厚度为１混凝土强度等级mm,５mm,
分别C３０、C４０、C５０和C６０.推出试件混凝土浇筑
均配置钢筋网,不同试件钢筋直径分为８mm和１０
图１ 推出试件STＧ１
图２ 推出试件STＧ２
图３ 推出试件STＧ３和STＧ６~STＧ１０
时竖向放置,两侧的混凝土翼板同时浇筑,试件混凝土采用自然养护,养护２８d后进行试验.混凝土抗压强度是通过边长为强度试验机上单向压缩得到的单轴抗压强度１５０mm的标准立方体试块在,试验测试结果见表工字钢:HM２９２５.×每个推出试件的工字钢采用普通缘切边打磨平整,表面采用非酸洗工艺２００×８×１２,厚度为,钢板开等腰１０mm,边梯形槽,手工焊接在工字钢两外侧翼缘上,焊条采用E４３型.在加载端机械加工钢梁截面,并焊接端板,使表面平整并与工字钢轴线垂直,以便在试验时保证加载方向竖直.
表２ 混凝土试块单轴抗压承载力测试结果
混凝土强度等级
破坏荷载F/抗压强度fcc
/C３０
７kN
７７３MPa７５４３８．９２９．．４０９９３４３１．４C４０
１０９９９．６２
４２．５１０１４４．８１２４０．５３４４．４C５０
１２２１９．．３８９５６．．９１２７９．１１５５４１５０３４１．．２１５６．３．７C６０
１５６３６８．９．５１１５２８３３．６．２３９１０６７９．．９７
图 所有试验均４在 推出试件MTS试ST验Ｇ４和机S上TＧ１完１
成,其最大压力可达到１０００kN.位移的测量采用THDＧ１００型
６７
图５ 推出试件STＧ５和STＧ１２
图６ 压型钢板尺寸
位移传感器,其最大量程为单调加载,试件的极限推出力１０c估m算.值推出试验为V采用后连续加载１Vu载０．u,再每,每分钟加１０kN一级,分级加载到载０,３先预加然至５０k１０k每秒采样一V次u,,加推出试验是为了研究腹板嵌入式钢板剪力连接
N后采用位移控制加载达到极限荷载N,.
件的破坏机理及抗剪承载力,在试验过程中将重点观察试件的开裂荷载及混凝土裂缝的发展情况.在推出试件的两侧混凝土翼板和工字钢两侧安装位移计,用以测量混凝土翼板和工字钢在推出力作用下的位移.同时,试验过程中通过数据采集和控制系统可以对试件的荷载与滑移曲线进行实时监测.．２ 主要试验结果
．２．１在荷载加载前期阶段 破坏特征
(０~０．７Vu时),试件基本６８
稳定,混凝土板中未观察到明显的裂缝.当加载到
(０．７~肉眼不易观察到０．８)Vu时,首先在混凝土翼板中部出现微小裂纹,;继续加载,先前混凝土翼板中部出现的微小裂纹变得清晰可见;继续加载,裂缝由混凝土翼板中间向上下延伸;接着混凝土板内发出爆裂声,表面裂缝贯穿整个混凝土翼板,同时试件承载力迅速下降,试件混凝土翼板发生劈裂,直至裂缝贯通试件.所有试件的测试结果如表表３ 推出试验主要结果
３所示.
试件编号开裂荷载/极限荷载/SkN开裂滑移/０mm极限滑移/ST１１STＧＧ１２
１１０４３．kN．４３０５０８１４４．３mm１．８９５５STＧ３９９．８３３
１２７．９８６００．５．８８０STＧ４１２８９７．．４５４６００．３２６０４．STＧ５３１１８．５９０５１５０．６５２．４１７４００STＧ６１１０２．２２００．１７０８．ST１３１０５．７８００．３１９４５３５．２８０５STＧTＧ７Ｇ８２３１６６９．．９７８０．５．７０ST９
９１．３．３．３３５２３０３１３０．６１１４０４．７１５．４９８２５S１５１４４９．８．５１３２７０８３０．１２０
３．２９ STＧTＧ１Ｇ１０１１２１０４５．１１２．１７０９０４．１．３６８１３５５５１３１６３１６．７７３５．．６９７３８０
１．９４２００．４０．０２３１
０４．５．００．４４０９８９０５从上述试验中观察到的现象可以预判,
推出试件的破坏是由齿口周围混凝土的局部压碎导致的,混凝土局部裂缝随着荷载的增大沿着受力方向扩
展,最终形成了纵向通长的裂缝,表现为推出试件的混凝土翼板劈裂破坏.试验结束后,砸开推出试件的混凝土翼板,发现齿口连接件并没有发生较大的变形或是明显的破坏,这也验证了先前对推出试件破坏形式的预判,即推出试件的破坏形式是混凝土劈裂破坏.
．２．２试验过程中 荷载Ｇ
相对滑移曲线采用位移计测量了倒间的相对滑移,同时T钢梁与混
凝土翼板之位移曲线,通过计算得到倒MTS测试系统也
同步记录了试验加载钢梁与混凝土翼板之间的相对滑移Ｇ.
T测量工字钢与混凝土板之间的相对滑移,可反映钢板开槽齿状连接件的变形性能.由于试件齿口损坏导致试验结果有误,在结果分析中去除STＧ
试件STＧ９.图７给出了试件的荷载滑移关系曲线,从图中可以看出,在加载初期,由于钢板剪力连Ｇ接件与混凝土之间黏结力与摩擦力的作用,相对滑
１１１９移非常小.随着荷载的增加并克服了黏结力与摩擦力,相对滑移逐渐增大,荷载超过开裂荷载后,混凝土翼板出现横向裂缝,荷载滑移曲线进入明显的非Ｇ线性阶段.随着荷载的进一步增加,混凝土与齿状连接件接触的部分更多地进入塑性阶段,部分混凝土被压碎,滑移逐渐加快,非线性特征越来越明显.()对比试件S１TＧ３和STＧ６的试验结果可分析压型钢板对组合梁抗剪性能的影响.对比分析发现:无压型钢板组合梁比有压型钢板组合梁的开裂荷载、开裂滑移、极限荷载和极限滑移都大,说明无
图７ 推出试件的荷载滑移关系Ｇ
分析齿口高度对组合梁抗剪性能的影响.对比分析可知:在相同条件下,随着试件齿口高度的增加,极限荷载和极限滑移均逐渐减小,说明试件的抗剪承载力逐渐下降.
()对比试件S３TＧ３、STＧ７和STＧ８的试验结果
可分析混凝土强度等级对组合梁抗剪性能的影响.对比分析可得:随着混凝土强度等级的提高,试件的极限荷载和极限滑移均逐渐增大,说明试件的抗剪承载力随着混凝土强度等级的提高而有所提高,这也与推出试件试验破坏是混凝土局部压碎导致破坏的结论相符.
()对比试件S４TＧ４和STＧ１１、STＧ５和STＧ１２以及STＧ３和STＧ１０可分析不同配筋率对组合梁抗剪性能的影响.由试件STＧ４和STＧ１１的试验结果可得:在混凝土翼板宽度为１随着配筋率的５０mm时,
６９
压型钢板组合梁的抗剪承载力较好.同时观察到,由此可以判定,无压型钢板组合STＧ３的试验结果,
梁的塑性性能要好于有压型钢板组合梁.
()对比试件S２TＧ１、STＧ２、STＧ３的试验结果可在S曲线斜率明显大于TＧ６曲线的塑性阶段前期,
增大,组合梁开裂荷载、开裂滑移、极限荷载和极限滑移都增大.由试件试件STＧ３和STＧ１０试ST验Ｇ５和结果S可TＧ得１２试验结果以及:在混凝土翼板宽度为１００mm时,随着配筋率的增大,组合梁开裂荷载、开裂滑移增大,极限荷载也增大,但极限滑移相对减小.这说明:随着配筋率的增大,组合梁的抗剪性能提高;增大混凝土翼板宽度,也能有效提高组合梁的抗剪性能.
１．４ 受剪承载力公式
剪力连接件是实现组合梁中钢梁和混凝土翼板协同工作的关键元件,«钢结构设计规范»(５００)中已给出几种不同类型剪力连接件承GB
载力设计值１７—２００３
的计算公式,其中关于圆柱头焊钉(栓钉)连接件的承载力设计值Ncv由下列公式确定.Ncv式中:Ec为混凝土的弹性模量＝０．４３AsEcfc;≤f０为混凝土的抗拉．７Asγ(１)cf强度设计值;As为圆柱头焊钉(栓钉)钉杆截面面积;f为圆柱头焊钉(栓钉)抗拉强度设计值;γ为栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比.
当栓钉材料性能等级为mm２１５N－２,γ＝１６７４６级时,取f＝
参考栓钉承载力公式.
,对腹板嵌入式压型钢板组合梁剪力连接件的承载力进行分析,对比试验结果可以得出:推出试件的主要破坏形式为混凝土板
的纵向劈裂破坏,其极限承载力和混凝土强度等级、弹性模量等有着密切关系.统计分析推出试验中的１公式０个推出试件的结果,可得到剪力连接件的承载力.
NcEv()c为混凝土的弹性模量＝０．１２３AEcc式中:f;A＋为受剪面积４９．８７４.
２２ 结 语
剪力连接件是钢它的性能直接影响到Ｇ混凝土组合梁中的关键元件,钢混各项性能.本文考虑不同齿口高度Ｇ凝土组合梁的承载力和、不同混凝土强度等级、不同配筋率以及有无压型钢板等影响因素,设计制作１２组腹板嵌入式压型钢板组合梁,并对其进行剪力连接件推出试验,得到以下结论.合试验中的现象可以得出(１
)通过观察钢板剪力连接件的破坏形式,推出试件的破坏为齿口,并结周围混凝土的局部压碎,局部裂缝进而在受力方向
７０
扩展贯通,形成纵向通长裂缝,造成试件中混凝土板的劈裂破坏.
等级(,２
增大配筋率等参数)由试验数据分析可得,可在一定程度上增强组合,适当增强混凝土强度梁的抗剪性能.齿口高度对组合梁的抗剪性能也有一定的影响,但并非越高越好.
的抗剪性能提高没有作用(３
)由对比试验结果还发现,相反还降低了组合梁的,压型钢板对组合梁抗剪塑性性能.但考虑到压型钢板可以作为施工平台和永久模板,且能增加倒,腹板嵌入式压型钢板组合梁也具有一定的T梁的侧向刚度和整体稳定性工程应用价值.参考文献:
[１] 聂建国,樊建生学报,２００６,２７(６．广义组合结构及其发展展望[):１Ｇ８．
J]．建筑结构[２] SHheCarC．BeohnanveicotroorsfCJo．mJopuorsnitaeBlofriBdrg
ieDdgeEecnkg
swineietrh２A０l０t１er,n６at１iv)e３] １张少云７Ｇ２２．
[],(:[钢混凝土组合梁栓钉抗剪连接件抗剪强度及性能研究[D]．．郑州Ｇ:郑州大学,[４] 阎 石,朱聘儒．压型钢１板９８组４合．
梁栓钉连接实验研究[阳建筑工程学院学报,１９９５,１１(２):１５９Ｇ１６５．J]．沈[５] 聂建国,沈聚敏,余志武梁变形计算的折减刚度．考虑滑移效应的钢法[J．程学Ｇ
混凝土简支组合报,１１Ｇ１７．
]土木工１９９５,２８(６)
:[６] 李现辉,李国强建筑科学与工程学报．腹板嵌入式组合梁剪力连接件拔出试验[,２００９,２６(１):４３Ｇ４８．
J]．[７] 李现辉,李国强[J]．建筑结构学报．腹板嵌入式组合梁中剪力连接件推出试验,[８] 李国强,李现辉,张 ２０哲０９．,腹板嵌入式钢３０(４):７８Ｇ８４Ｇ．混凝土组合梁施工阶段受力性能研究[[９] 王 蓓,陈丽华．钢JＧ]混．土木工程学报,凝土组合梁剪２力００连９,接４２(件１研２):究６[１JＧ]６．８工．程与建设,[１０] 张兴虎,２徐０１ ５,婧２９,(姜维山３):２９７．Ｇ新型钢２９９．
[J]．建筑科学与工程学报,２０１０Ｇ混凝土组合梁抗剪性能试验[１１] ,徐 婧．新型钢Ｇ混凝土组合梁受力性２７(１):能９试７Ｇ验１０１研．究[西安建筑科技大学,２０１０．
D]．西安:[１２] 薛永林南京:南京工业大学．钢Ｇ压型钢板混凝土组合梁纵向抗剪试验研究[,２００５．D]．[１３] 李国强,司林军,李现辉J．自然科学版．腹板嵌入式组合梁抗剪性能试验,[１４] G[A]同济大学学报:LAMBOSTV．RecentResearch２０a１n１dD,３９es(i４gnD):４８ev２Ｇel４o８p
７m．SteelandComp
ositeSteelＧconcreteStructuresinUSAent[sJi]nConstructionalSteelResearch,２０００,５５(１):２８９Ｇ３０３．．[责任编辑:王玉玲]