钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件

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1、钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件摘要本文简单介绍了钢—混凝土组合梁结构组合作用的机理，列举了抗剪连接件的分类，介绍了抗剪连接的试验方法和破坏形态以及一般的构造要求，着重介绍了栓钉连接的特点，受力分析并列举了诸多国家规范中规定的栓钉承载力计算和设计方法，并介绍其构造要求，最后简单介绍两种较为新型的抗剪连接件。关键字：钢—混凝土组合梁；抗剪连接件；栓钉；抗剪承载力1．绪论钢—混凝土组合结构是指由钢和混凝土两种材料组成，在荷载作用下具有整体作用，在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构（组合结构

2、）。它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的构件：在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉。它充分发挥钢材和混凝土二种材料的优点：同混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，减轻地震作用；同钢结构相比，可以减少用钢量，降低结构造价，增加结构的稳定性，增强结构的防火性和耐久性。故因其兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、造价低的优点，虽然在我国发展起步较晚，但近几年来取得了不少成就，在多层工业厂房、高层建筑、桥梁结构等方面都已经得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。钢—混凝土组合构件目前的主要形式有：钢—混凝土组合梁、型钢混凝土组合结构、钢管

3、混凝土组合结构、外包钢混凝土结构及压型钢板混凝土组合楼板等。当然，随着建筑材料、设计理论和设计方法的不断发展，也出现了钢-混凝土组合框架结构、框架-核心筒混合结构等一系列新型的结构形式。然而，在组合结构中抗剪连接是一个重要特征，抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起共同工作的关键部件。故本文将在钢—混凝土组合梁中的抗剪连接方面进行一些探讨。2．钢-混凝土组合梁中的抗剪连接2.1组合结构的组合作用组合结构的优越性在于结合了混凝土和钢材两种材料的的良好性能，充分利用材料和截面特性。两种材料的共同作用的机理，是由粘结力、抗剪连接件、及钢材对混凝土的约束作用实现的。压型钢板混

4、凝土组合结构的共同作用主要依靠钢板上压制的齿槽、穿过压型钢板焊在钢梁上的抗剪连接件的作用；型钢混凝土组合结构的共同作用主要依靠箍筋的约束作用，有时也设置抗剪连接件；钢管混凝土组合结构的共同作用主要依靠钢管与混凝土的相互约束及层间隔板等。在钢—混凝土组合梁中，两钟材料的组合作用大小是由其关键部位——抗剪连接件决定的。其主要作用是：（1）抵抗和限制钢与混凝土板间的相对滑移（掀起作用），使结构在受力后，整个截面仍符合或近似符合平截面假定。这样才能得要一个有效的组合截面，充分利用钢梁的抗拉能力和混凝土板的抗压能力，并且增大抗弯刚度。（2）承受并传递钢梁与混凝土翼板交界面的纵向

5、剪力。2.2抗剪连接件分类抗剪连接件按连接作用机理可分为：粘结型、胶结型、摩擦型、连接型（机械连接）。其中粘结型连接又可分为自然粘接和化学粘接；机械连接又可分为栓钉、型钢和钢筋三种。按连接形式可分为：钢筋连接件（图1）、型钢连接件（图2）、高强螺栓连接件、圆柱头焊钉连接件、开孔钢板连接件（PBL）、钢与有机材料组合连接件等。图1几种常见的钢筋连接件图2几种常见的型钢连接件按变形能力可分为：刚性连接、弹性连接、柔性连接、刚度滞后型连接。刚性连接件包括方钢、马蹄形钢、T形钢等连接件；弹性连接件包括钢筋连接件、焊钉连接件；柔性连接件包括圆柱头栓钉、弯筋、锚环、L型钢、槽钢以

6、及角钢等。2.3抗剪连接件的试验方法及破坏形态2.3.1试验方法抗剪连接件常见的试验方法有两种：推出试验和梁式试验。前者较为简单实用，目前，国际上以其作为连接件标准试验；后者较为复杂，但其能较好地反映连接件在组合梁中的受力变形性能。推出试验是将一段工字钢与两块混凝土板通过焊接在工字钢上的抗剪连接件连接在一起，然后对工字钢的一端施加荷载，使埋在混凝土板内的连接件受到剪切作用，图表3推出试验示意图通过量测钢与混凝土板间的相对位移获得抗剪连接件的荷载－滑移曲线，以获得静载下连接件的承载能力和抗剪刚度。梁式试验是指对简支组合梁施加两点对称荷载，在荷载作用下钢梁与混凝土板图3推

7、出试验示意图接触面上水平受剪，纵向剪力随外荷载的增加而增加，直至破坏。图4梁式试验示意图2.3.2破坏形态试验研究表明，根据连接件与其周围混凝土的相互关系，破坏形态分为两种：（1）连接件受剪破坏，一般在混凝土强度等级较高时发生。破坏呈一定的脆性，其抗剪承载力与混凝土无关，仅与剪力连接件的类型和材质有关。（2）连接件附近混凝土破坏，一般表现为栓钉前方根部混凝土局部破碎或劈裂、槽钢连接件混凝土板劈裂等等。一般的刚性连接件，因刚度较大，在在纵向剪力作用下混凝土传给连接件的压应力均匀分布，在保证钢梁与连接件焊接强度的前提下，连接件的承载力极限状态是以连接件之