开孔波形板剪力连接件推出试验研究★

鲁 治 张雷鸣 李淑琴

(1.南京市公路建设处，江苏 南京 210008;2.东南大学交通学院，江苏 南京 210018)

0 引言

开孔钢板剪力连接件(即PBL剪力连接件)是钢—混凝土组合结构中近年来使用较多的一种新型剪力连接件。这种剪力连接件最早出现在20世纪80年代，其制作工艺为在钢混凝土组合梁的钢梁钢板上开孔，然后将混凝土灌入这些孔中形成混凝土榫［3，4］。虽然国外对PBL(开孔钢板)剪力连接件已经作了一些研究［7-9］，但目前为止还没有完整的规范规定PBL剪力连接件的尺寸、形式和承载能力，也没有相关规定试件的试验方法。我国对PBL(开孔钢板)剪力连接件的研究和使用相对较晚，除了对传统的PBL剪力连接件的性能进行研究，我们更注重新型开孔钢板剪力连接件的开发，对其受力性能进行深入的研究［5］。

本文针对一种新型剪力连接件——翼缘型开孔波形板剪力连接件［6］的受力模式及构造情况进行研究(见图1)，并对该种剪力连接件进行了推出试验。该剪力连接件的构造情况为将Twin-PBL剪力连接件中的开孔直钢板用开孔波形钢板替代(见图2)，得到的剪力连接件形式见图1。波形钢板孔中的贯穿钢筋和混凝土一起形成钢筋混凝土抗剪销。水平剪力由波形钢板的斜折板以及钢筋混凝土抗剪销共同进行抵抗［1，2］。

1 推出试验

1.1 试件

根据本次试验的目的，共设计了3组10个推出试件，其中第1组4个为开孔直钢板剪力件，是为了与开孔波形钢板剪力件进行对比试验;后2组为开孔波形钢板剪力件试件(见图3～图5)，其变化的参数为波长和波高，穿筋和不穿筋，所有试件混凝土等级均为C40，混凝土尺寸均为480 mm×650 mm×200 mm。所有试件的详细参数见表1。在试验中对每个试件的特征荷载、钢筋应变、混凝土的应变以及混凝土板和钢梁间的相对滑移等都进行了量测和记录。

图1 开孔波形板剪力连接件

图2 Twin-PBL连接示意图

表1 推出试验的构件参数

图3 PBL连接件

图4 开孔波形板连接件

1.2 试验装置及测点布置

推出试件主要测量混凝土板和钢梁之间的滑移、钢梁的应变以及混凝土板的应变，在钢梁及混凝土板上贴有应变片。图6，图7给出了推出件的位移计及应力测点布置，主要在钢梁两侧对称布置，其中Di表示位移计的编号，Ci表示混凝土的应变片的编号。试验加载设备为500 t的电液伺服万能试验机，如图8所示。

1.3 试验过程

本次试验在500 t的电液伺服万能试验机上进行，加载装置如图8所示;为确保混凝土板与底座接触良好，在混凝土板底与万能试验机的底座间用细沙坐底。

图5 推出件实体

图6 推出试验位移计的布置

图7 混凝土板应变片布置

图8 加载装置

数据采集:本次试验数据采用江苏华东测试技术有限公司生产的DH3815静态应变测试仪，测点引线通过数据采集系统连于计算机，试验数据全部由计算机自动采集。全程采用分等级手动电脑采集数据。

图9 C1组试件荷载—滑移曲线

图10 C2组试件荷载—滑移曲线

2 试验结果

本次试验中，着重研究了两种试件中剪力连接件的开孔个数、开孔板波折角度以及开孔波形板波长对推出试件承载能力的影响，并对外荷载作用下，推出试件中钢板与混凝土块的相对滑移量进行测量，得到荷载滑移曲线，构件的极限承载力及换算的单孔承载力见表1。

图9～图11给出了本次试验的3组推出试验的荷载—滑移曲线。从图9～图11的荷载滑移曲线以及表1的实验结果可以得出，同等条件下，开孔波形板剪力连接件试件的抗剪承载能力优于开孔直钢板剪力连接件(即PBL连接件)的试件。且相同外荷载作用时，开孔波形板剪力连接件推出试件的滑移明显小于开孔直钢板剪力连接件推出试件。对试验数据进行进一步分析，得出本次推出试验的结果如下:

1)在开孔数目及贯穿钢筋面积相同情况下，波形钢板剪力连接件比PBL剪力连接件的抗剪承载力提高近45%;

2)波形钢板剪力连接件开孔个数增加一倍时，其抗剪承载力提高近28%;

3)波形板角度为45°的推出试件其抗剪承载力比波形板角度为60°的试件提高了近43%，且波形角度较大的试件在达到破坏状态时，构件的滑移量也相对较小，可见，波形角度增大对开孔波形板连接件的承载力有降低作用;

4)随着波长的增大，其滑移量也增多，且变化的趋势几乎相同，这是由于波长越小，波高也相对较小，与混凝土接触则越均匀，因此破坏承载力增大且滑移减少。此外，波长较小的试件其双开孔板试件承载力提高的更多，也是由于波长越小，波高减小，两开孔板间距增大，钢板对混凝土影响减小。

图11 C3组试件荷载—滑移曲线

3 结语

本文对一种新型翼缘型开孔波形板剪力连接件进行了推出试验研究，实验结果表明，这种新型开孔波形板剪力连接件的承载能力比传统的PBL剪力连接件有所提高，且其自身的承载力受许多因素的影响，如孔洞个数、波长、波折角度等因素对承载力的影响较大，在其他条件相同的情况下，单板开双孔推出件的剪力连接件承载力最大。由于试验条件限制，本次试验样本较少，难以得出波长对开孔波形板剪力连接件承载能力的影响。此外，本次试验对箍筋强弱、混凝土强度及有无贯穿钢筋等因素未进行探讨，希望在后续工作中能够得到进一步研究。

［1］李淑琴.波形钢腹板PC箱梁桥结构设计与连接件研究［D］.南京:东南大学，2012.

［2］李淑琴，万 水，陈建兵.一种新型抗剪连接件试验研究［J］.桥梁建设，2009(4):17-19.

［3］宋晓勇，邹银生，涂文戈.受火钢筋混凝土柱截面极限承载力研究［J］.建筑科学与工程学报，2005，22(4):61-64.

［4］胡建华，叶梅新，黄 琼.PBL剪力连接件承载力试验［J］.中国公路学报，2006，11(6):65-72.

［5］朱高波.悬臂施工钢—混组合连续箱梁桥的设计研究［D］.南京:东南大学，2007:21-24.

［6］万 水.一种翼缘型剪力连接件:中国专利，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橋計画マニユァル(案)，JAPAN，1998.