開孔波形板剪力連接件推出試驗研究★

魯 治 張雷鳴 李淑琴

(1.南京市公路建設(shè)處，江蘇 南京 210008;2.東南大學交通學院，江蘇 南京 210018)

0 引言

開孔鋼板剪力連接件(即PBL剪力連接件)是鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)中近年來使用較多的一種新型剪力連接件。這種剪力連接件最早出現(xiàn)在20世紀80年代，其制作工藝為在鋼混凝土組合梁的鋼梁鋼板上開孔，然后將混凝土灌入這些孔中形成混凝土榫［3，4］。雖然國外對PBL(開孔鋼板)剪力連接件已經(jīng)作了一些研究［7-9］，但目前為止還沒有完整的規(guī)范規(guī)定PBL剪力連接件的尺寸、形式和承載能力，也沒有相關(guān)規(guī)定試件的試驗方法。我國對PBL(開孔鋼板)剪力連接件的研究和使用相對較晚，除了對傳統(tǒng)的PBL剪力連接件的性能進行研究，我們更注重新型開孔鋼板剪力連接件的開發(fā)，對其受力性能進行深入的研究［5］。

本文針對一種新型剪力連接件——翼緣型開孔波形板剪力連接件［6］的受力模式及構(gòu)造情況進行研究(見圖1)，并對該種剪力連接件進行了推出試驗。該剪力連接件的構(gòu)造情況為將Twin-PBL剪力連接件中的開孔直鋼板用開孔波形鋼板替代(見圖2)，得到的剪力連接件形式見圖1。波形鋼板孔中的貫穿鋼筋和混凝土一起形成鋼筋混凝土抗剪銷。水平剪力由波形鋼板的斜折板以及鋼筋混凝土抗剪銷共同進行抵抗［1，2］。

1 推出試驗

1.1 試件

根據(jù)本次試驗的目的，共設(shè)計了3組10個推出試件，其中第1組4個為開孔直鋼板剪力件，是為了與開孔波形鋼板剪力件進行對比試驗;后2組為開孔波形鋼板剪力件試件(見圖3～圖5)，其變化的參數(shù)為波長和波高，穿筋和不穿筋，所有試件混凝土等級均為C40，混凝土尺寸均為480 mm×650 mm×200 mm。所有試件的詳細參數(shù)見表1。在試驗中對每個試件的特征荷載、鋼筋應變、混凝土的應變以及混凝土板和鋼梁間的相對滑移等都進行了量測和記錄。

圖1 開孔波形板剪力連接件

圖2 Twin-PBL連接示意圖

表1 推出試驗的構(gòu)件參數(shù)

圖3 PBL連接件

圖4 開孔波形板連接件

1.2 試驗裝置及測點布置

推出試件主要測量混凝土板和鋼梁之間的滑移、鋼梁的應變以及混凝土板的應變，在鋼梁及混凝土板上貼有應變片。圖6，圖7給出了推出件的位移計及應力測點布置，主要在鋼梁兩側(cè)對稱布置，其中Di表示位移計的編號，Ci表示混凝土的應變片的編號。試驗加載設(shè)備為500 t的電液伺服萬能試驗機，如圖8所示。

1.3 試驗過程

本次試驗在500 t的電液伺服萬能試驗機上進行，加載裝置如圖8所示;為確保混凝土板與底座接觸良好，在混凝土板底與萬能試驗機的底座間用細沙坐底。

圖5 推出件實體

圖6 推出試驗位移計的布置

圖7 混凝土板應變片布置

圖8 加載裝置

數(shù)據(jù)采集:本次試驗數(shù)據(jù)采用江蘇華東測試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DH3815靜態(tài)應變測試儀，測點引線通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連于計算機，試驗數(shù)據(jù)全部由計算機自動采集。全程采用分等級手動電腦采集數(shù)據(jù)。

圖9 C1組試件荷載—滑移曲線

圖10 C2組試件荷載—滑移曲線

2 試驗結(jié)果

本次試驗中，著重研究了兩種試件中剪力連接件的開孔個數(shù)、開孔板波折角度以及開孔波形板波長對推出試件承載能力的影響，并對外荷載作用下，推出試件中鋼板與混凝土塊的相對滑移量進行測量，得到荷載滑移曲線，構(gòu)件的極限承載力及換算的單孔承載力見表1。

圖9～圖11給出了本次試驗的3組推出試驗的荷載—滑移曲線。從圖9～圖11的荷載滑移曲線以及表1的實驗結(jié)果可以得出，同等條件下，開孔波形板剪力連接件試件的抗剪承載能力優(yōu)于開孔直鋼板剪力連接件(即PBL連接件)的試件。且相同外荷載作用時，開孔波形板剪力連接件推出試件的滑移明顯小于開孔直鋼板剪力連接件推出試件。對試驗數(shù)據(jù)進行進一步分析，得出本次推出試驗的結(jié)果如下:

1)在開孔數(shù)目及貫穿鋼筋面積相同情況下，波形鋼板剪力連接件比PBL剪力連接件的抗剪承載力提高近45%;

2)波形鋼板剪力連接件開孔個數(shù)增加一倍時，其抗剪承載力提高近28%;

3)波形板角度為45°的推出試件其抗剪承載力比波形板角度為60°的試件提高了近43%，且波形角度較大的試件在達到破壞狀態(tài)時，構(gòu)件的滑移量也相對較小，可見，波形角度增大對開孔波形板連接件的承載力有降低作用;

4)隨著波長的增大，其滑移量也增多，且變化的趨勢幾乎相同，這是由于波長越小，波高也相對較小，與混凝土接觸則越均勻，因此破壞承載力增大且滑移減少。此外，波長較小的試件其雙開孔板試件承載力提高的更多，也是由于波長越小，波高減小，兩開孔板間距增大，鋼板對混凝土影響減小。

圖11 C3組試件荷載—滑移曲線

3 結(jié)語

本文對一種新型翼緣型開孔波形板剪力連接件進行了推出試驗研究，實驗結(jié)果表明，這種新型開孔波形板剪力連接件的承載能力比傳統(tǒng)的PBL剪力連接件有所提高，且其自身的承載力受許多因素的影響，如孔洞個數(shù)、波長、波折角度等因素對承載力的影響較大，在其他條件相同的情況下，單板開雙孔推出件的剪力連接件承載力最大。由于試驗條件限制，本次試驗樣本較少，難以得出波長對開孔波形板剪力連接件承載能力的影響。此外，本次試驗對箍筋強弱、混凝土強度及有無貫穿鋼筋等因素未進行探討，希望在后續(xù)工作中能夠得到進一步研究。

［1］李淑琴.波形鋼腹板PC箱梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接件研究［D］.南京:東南大學，2012.

［2］李淑琴，萬 水，陳建兵.一種新型抗剪連接件試驗研究［J］.橋梁建設(shè)，2009(4):17-19.

［3］宋曉勇，鄒銀生，涂文戈.受火鋼筋混凝土柱截面極限承載力研究［J］.建筑科學與工程學報，2005，22(4):61-64.

［4］胡建華，葉梅新，黃 瓊.PBL剪力連接件承載力試驗［J］.中國公路學報，2006，11(6):65-72.

［5］朱高波.懸臂施工鋼—混組合連續(xù)箱梁橋的設(shè)計研究［D］.南京:東南大學，2007:21-24.

［6］萬 水.一種翼緣型剪力連接件:中國專利，CN201053146［P］.2008-04-30.

［7］Leonhardt F.Neues，Vorteilhaftes verbundmittel fur stahlverbund-tragwerke mit hoher dauerfestigkeit，Beuton-und Stahlbetonbau，1987(12):325-331.

［8］Hosaka T.Study on Shear Strength and Design Method of Perfobond Strip［J］.Japanese Journal of Structural Engineering，2002(3):97-99.

［9］波形鋼板ウェブPC橋計畫マニユァル(案)，JAPAN，1998.