開孔鋼板連接件力學性能的研究進展

薛輝，王志宇*，付磊

（1.四川大學建筑與環(huán)境學院，成都610065；2.四川理工學院機械工程學院，四川自貢643000）

開孔鋼板連接件力學性能的研究進展

薛輝1，王志宇1*，付磊2

（1.四川大學建筑與環(huán)境學院，成都610065；2.四川理工學院機械工程學院，四川自貢643000）

介紹了當前研究關注的典型開孔鋼板連接件構造形式；從不同連接件試驗方法的角度詳細闡述了近年來國內外針對相關力學性能的研究；并對開孔鋼板連接件已有實驗研究成果進行討論，并展望其發(fā)展前景。

開孔鋼板連接件；組合結構；推出試驗；極限承載力

引言

鋼-混凝土組合結構是基于鋼結構和混凝土結構發(fā)展起來的一種性能優(yōu)化的結構形式。通過合理的設計，這種結構形式能更好的發(fā)揮鋼材抗拉和混凝土抗壓的材料特性，從而得到顯著的經濟效益和社會效益［1］。剪力連接件是保證組合結構中鋼構件和混凝土構件能夠一起協(xié)同工作的關鍵，它能起到傳遞鋼梁與混凝土翼板之間縱向剪力的作用，同時還能抵抗混凝土翼板與鋼梁之間的掀起作用。在早期的工程中，主要采用的剪力連接件形式有栓釘，彎筋和槽鋼等，目前國內外學者對于栓釘連接件的研究已比較成熟［2］。開孔鋼板連接件作為一種之后發(fā)展的抗剪連接件，較栓釘連接件而言具有抗剪承載力高、剛度大、抗疲勞性能好、施工方便等優(yōu)點，并以PBL連接件為基本構造類型在實際工程中得到了應用；而后隨著進一步發(fā)展，開孔鋼板連接件以不同的開孔構造和組合形式受到更多的關注，但目前各國仍未出臺其相應的制作工藝和試驗方法的相關規(guī)范。近年來國內外學者針對這些不同形式的開孔鋼板連接件展開了一系列的研究。本文收集整理了目前國內外關于開孔鋼板連接件的類型和試驗方法的相關文獻，總結比較了其不同的開孔形式以及相應的優(yōu)缺點；討論分析了研究其力學性能不同的試驗方法，并列舉了前人通過試驗研究給出的考慮不同影響因素的極限承載力計算公式。最后，本文對開孔鋼板連接件的進一步研究工作提出了建議，并對其應用前景進行了展望。

1 開孔鋼板連接件的類型簡介

開孔鋼板連接件是一種剛性剪力連接件。其基本構造類型最初由德國人Leonhardt和Parterners公司研發(fā)，為一種由帶圓孔鋼板組成，可直接焊接到工字型鋼梁上翼緣的抗剪連接件，稱為Perfobond Leiste［3］，現(xiàn)國內外學者多將其簡稱為PBL剪力連接件。此種連接件的工作原理是通過在開孔鋼板上澆筑混凝土，利用孔洞中的混凝土榫和孔間鋼板來抵抗縱向剪力。進一步的研究表明，在孔洞中設置貫通鋼筋可大幅度提高其極限承載力［4］。隨著各國學者對PBL剪力連接件的研究進一步深入，其構造形式也得到了多元化的發(fā)展，主要包括：沿鋼板長度方向的圓孔布置方式，開孔類型和幾何構造的組合形式。

1.1 PBL剪力連接件

按照PBL剪力連接件的構造形式可將其劃分為3個種類：（1）普通PBL剪力連接件圖1），即開孔直鋼板剪力連接件。澆筑成型后，可通過孔中的素混凝土榫來抵抗縱向剪力，還可在孔中布置貫穿鋼筋，由鋼筋和混凝土共同抵抗剪力流，此時，可大幅度調高其極限承載力和延性；（2）Twin-PBL剪力連接件［6］（圖2），主要由兩個并排焊接的開孔直鋼板連接件構成，增強了連接部位的抗剪能力和整體性。在荷載作用下，還能避免單個連接件的扭轉破壞；（3）S-PBL剪力連接件［6］（圖3），則是利用開孔鋼板和栓釘一起抵抗剪力流。這種連接件形式發(fā)揮了開孔鋼板（剛性連接件）承載能力高和栓釘（柔性連接件）具有適當變形能力的優(yōu)勢，從而具有更好的效益。同時，PBL剪力連接件也存在當開孔直鋼板多排并列布置時，則會使得鋼筋的貫通十分困難，造成施工上的不便的缺點。另外，S-PBL剪力連接件選擇采用開孔鋼板和栓釘協(xié)同工作來抵抗縱向剪力，由于兩者焊接工藝不同，所以不僅會增大焊接量，還會增加工程造價。

圖1普通PBL剪力連接件

圖2 Tw in_PBL剪力連接件

圖3 S_PBL剪力連接件

1.2 槽口型開孔板連接件

在工程中應用較多的開孔鋼板連接件是直接在鋼板上開設圓孔，然后從鋼板側面放入貫通鋼筋，但當開孔鋼板多排并列布置時，鋼筋的貫通則成為一個施工上的大難題。為解決這一施工難題，鄭雙杰等［7］提出了在開孔鋼板圓孔外緣設置槽口的連接構造新形式，開孔直板連接件和槽口型開孔板連接件的細部構造對比如圖4所示。此種連接件形式較好地解決了鋼筋貫穿這一施工難題，同時在圓孔外緣設置槽口也有利于混凝土的灌漿。但設置槽口后，連接件的抗拔性能較PBL剪力連接件則有所下降［7］。

圖4槽口型開孔板連接件

1.3 開孔波折板連接件

傳統(tǒng)的開孔直鋼板剪力連接件主要依靠孔中混凝土的銷栓作用和貫穿鋼筋共同作用來抵抗連接處的剪力，李淑琴等［6］在Twin-PBL和S-PBL剪力連接件的基礎上，提出一種新型開孔波折板連接件（圖5）。通過用開孔波折鋼板替代Twin-PBL剪力連接件中的開孔直鋼板，可以讓波折鋼板的斜向板參與抵抗剪力，因此其具有較開孔直鋼板連接件更高的抗剪承載力。但波折鋼板這一構造形式往往會增加其制作加工的時間，同時由于連接件與上翼緣接觸面積的增加，也會直接加大焊接的工程量，較開孔直鋼板其焊接的難度也會提升。

圖5開孔波折板連接件

1.4 T形型鋼剪力連接件

T形型鋼剪力連接件（T-Perfobond shear connec_ tors）是J.da.C.Vianna等［S］設計研發(fā)的一種新型的剪力連接件（圖6），通過在單排或雙排開孔直板連接件的端部焊接上鋼板形成翼緣，使翼緣鋼板與混凝土榫協(xié)同工作來抵抗剪力作用。由于該連接件為間隔設置，從而相比傳統(tǒng)沿梁縱向通長布置的普通PBL剪力連接件而言，減小了焊接工作量；同時研究表明其仍然具有較高的極限承載力和剛度，從而能較大程度上節(jié)約鋼材。

圖6 T形型鋼剪力連接件

1.5 翼緣折形開孔板連接件

福建農林大學的林磊等［9］在PBL開孔鋼板的翼緣添加了折形鋼板，構成了一種外形類似于Twin-PBL的抗剪連接件（圖7）。翼緣折形板既能參與抵抗剪力，同時翼板孔中的混凝土榫或貫穿鋼筋還能起到防止混凝土板和鋼梁發(fā)生分離的作用。試驗研究也表明，較開孔直板連接件，翼緣折形開孔板連接件具有更好的抗滑移性能和抗剪承載力，使結構的穩(wěn)定性和整體性得到極大的提高。但此種剪力連接件需要在鋼梁上翼緣的縱橫向同時布置貫穿鋼筋，一方面增加了鋼筋的用量，另一方面則加大了施工的難度。

圖7翼緣折形開孔板連接件

1.6 T形開孔肋連接件

同濟大學蘇慶田等［10］在開孔直板連接件的基礎上，通過在開孔鋼板上緣按一定的間距開設豎縫，并將縫間板帶交叉彎折，便形成了翼緣開口、腹板開孔的T形開孔肋連接件（圖S（a））。由于在構造形式上不同于開孔直板連接件，所以兩者的傳力途徑也有較大差別，如T形開孔肋連接件翼緣缺口內混凝土與翼緣存在擠壓作用；同時T形肋端部與混凝土有擠壓效應；另外，翼緣上（或下）表面混凝土與翼緣亦相互擠壓。T形開孔肋連接件傳力途徑見圖S（b）。不難看出，此種連接件的構造略為復雜，加工難度較大，導致其造價偏高。另外，在澆筑時，由于翼緣的遮擋，也給混凝土的振搗帶來了不便。

圖8 T形開孔肋連接件傳力途徑

1.7 腹板嵌入式連接

鋼梁上翼緣的主要作用是為剪力連接件提供安裝位置，并在澆筑混凝土板時承受施工荷載；而在使用過程當中，由于組合梁的中性軸與鋼梁的上翼緣十分接近，此處的應力較小，所以如果去掉組合梁中鋼梁的上翼緣，不僅可以節(jié)約鋼材，還可以省去傳統(tǒng)的剪力連接件，如栓釘、槽鋼及彎筋等，從而產生顯著的經濟效益［11_12］。

蔡耀中等［11］提出在去掉鋼梁的上翼緣后，可直接在其腹板上鉆出一系列孔洞，構成連續(xù)式Perfobond StriP剪力連接件，如圖9所示。同濟大學李現(xiàn)輝等［12］，則通過在鋼梁腹板處開槽的形式來形成剪力連接件，為獲得較好的力學性能，其采用的連接件形狀為等腰梯形，并在腰部貫穿鋼筋，如圖10所示。試驗表明，這種連接方式具有良好的抵抗掀起作用的能力。西安建筑科技大學的張興虎等［13］，在倒T型截面鋼梁腹板上邊緣部分開孔，并沿開孔上邊緣布置連續(xù)的蛇形鋼筋（圖11），待混凝土澆筑成型后，形成連接件抵抗剪力。此種連接件主要是通過蛇形鋼筋與混凝土榫來抵抗沿梁縱向的剪切作用。試驗表明，這種連接件較普通的PBL剪力鍵具有更高的抗剪承載力，并表現(xiàn)出較好的延性。此外，波蘭學者Harnatkiewicz P等［14］研究了一種在歐洲被廣泛應用的暗銷剪力連接件（ComPosite dowel shear connection）（圖12）的疲勞性能。此種連接件通過數(shù)控切割工藝，可以被精確切割為拼圖線形狀（geometry of Puzzle shaPe）和回旋曲線形狀（geometry of clothoidal shaPe），具有成型快，經濟性好等優(yōu)點，所以被大量應用到預制構件當中。但試驗研究表明，暗銷剪力連接件的抗剪承載力和剛度要低于一般的PBL剪力連接件。

圖9連續(xù)式Perfobond Strip剪力連接件

圖10腹板嵌入式組合梁結構

圖11布置連續(xù)蛇形鋼筋的剪力連接件

圖12暗銷剪力連接件

2 開孔鋼板連接件試驗研究

開孔鋼板連接件的主要作用是抵抗混凝土板和鋼梁連接處的剪力，同時也起到了防止兩者發(fā)生分離的作用。針對開孔鋼板連接件的抗剪承載力，國內外學者已相繼通過試驗得到一定的研究成果，但對于此種連接件的抗拔性能，相關的文獻還比較少。目前，國際上對開孔鋼板連接件的試驗方法還沒有統(tǒng)一的規(guī)范性文件。

2.1 開孔鋼板連接件的試驗方法

目前，測試開孔鋼板連接件力學性能的試驗方法主要有推出試驗、梁式試驗和拔出試驗。

2.1.1 推出試驗

推出試驗是將一段工字鋼與兩塊混凝土板通過焊接在工字鋼上的開孔鋼板連接件連接在一起，然后對工字鋼的一端施加荷載，使埋在混凝土板內的連接件受到剪切作用，通過量測鋼與混凝土板間的相對位移獲得抗剪連接件的荷載-滑移曲線［2］。目前所報道針對PBL剪力連接件的試驗方案大多以歐洲規(guī)范EC4［4］中測試栓釘連接件的推出試驗為基礎。在推出試驗中，開孔鋼板連接件的極限承載力一般與下列因素有關：混凝土強度等級、鋼材強度、傳剪器肋板尺寸、傳剪器孔洞的形式、數(shù)目與尺寸以及傳剪器孔洞中貫穿鋼筋的直徑等。研究人員通過連接件與混凝土之間的滑移量，建立荷載-滑移關系曲線，來衡量抗剪連接件的極限承載力和變形能力等工作性能。

同時，大量的數(shù)值模擬試驗和推出試驗在結果上的差異性，也反映出開孔鋼板連接件在混凝土中受力狀態(tài)較為復雜，推出試驗不能充分反映結構的實際受力情況，進而難以得到真實的承載力［15］。

19S7年，Leonhardt等［3］對設有貫穿鋼筋的PBL剪力連接件進行了試驗，認為其主要破壞形式是混凝土榫的剪切破壞，因此在提出的計算公式中沒有反應貫穿鋼筋的影響，計算公式：

Oguejiofor和Hosain［15］以鋼板外混凝土、橫向普通鋼筋和混凝土榫為控制因素，對PBL剪力連接件展開試驗，試件的破壞模式是混凝土板沿縱向劈裂，并提出計算公式：

式中Ac為連接器平面中混凝土的面積；Atr為橫向普通鋼筋的面積；Abs為混凝土榫的受剪總面積。

1996年，Oguejiofor和Hosain［16］以混凝土榫和貫穿鋼筋為主導因素再次進行試驗，并提出計算公式：

式中為Ac混凝土的剪切面積；Atr為穿過孔洞的鋼筋面積；n為孔洞個數(shù)。

Oguejiofor和Hosain［17］在以前研究的基礎上，考慮了剪力連接件端部承壓的影響，給出了進一步優(yōu)化的計算公式：式中h和t分別表示PBL剪力連接件鋼板的高度和厚度；Atr為所有橫向鋼筋的總面積，包括貫通鋼筋和橫向普通鋼筋。

2002年，Hosaka等［1S］認為PBL剪力連接件的承載力由混凝土榫和孔中貫通鋼筋共同控制，通過對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析得出計算公式：

式中ds為貫通鋼筋的直徑。

國內，1999年，福州大學宗周紅等［19］共進行了9只栓釘連接件和6只帶孔鋼板連接件的疲勞和靜載破壞試驗研究，分析了混凝土材料類型和強度等級、連接件類型、橫向配筋等參數(shù)對連接件疲勞性能和極限承載力的影響，并建立了極限承載力計算公式：

式中α1為混凝土類型影響系數(shù)，普通混凝土取值1.0，鋼纖維混凝土取為1.25；α2為橫向鋼筋位置影響系數(shù)，通常情況下取1.0，當與受剪相反方向的橫向鋼筋較多時取α2=1.5；β1、β2為回歸系數(shù)：對于帶孔鋼板，β1= 0.0029，β2=0.75；針對帶孔鋼板：Ac為混凝土縱向面積減去鋼板面積。Atr、fy分別為受剪方向橫向鋼筋的截面面積和屈服強度。

2006年，湖南大學胡建華等［20］設計、制作了15組不同的PBL試件共44個，完成了極限承載力試驗，指出PBL鍵破壞模式是剪切破壞，其抗剪承載力由鋼筋（包括貫通鋼筋和橫向普通鋼筋）和混凝土榫兩部分提供，明確區(qū)別了橫向普通鋼筋和貫通鋼筋的作用。結果表明影響PBL連接件極限承載力的主要因素是鋼板開孔大小、貫通鋼筋大小和強度、混凝土強度和箍筋強弱，給出的計算公式：

式中Qu為單孔極限承載力；Atr、A'tr分別為貫通鋼筋和橫向普通鋼筋的面積；fy、f'y分別是貫通鋼筋和橫向普通鋼筋的屈服強度；Ac為混凝土榫的面積；α為鋼筋影響系數(shù)，取α=1.320 125；β為橫向普通鋼筋的影響系數(shù)，當配箍率ρ≤0.1S%時，取β=1.204 479，當配箍率ρ＞0.1S%時，取β=1.042 94S；γ為混凝土榫影響系數(shù)，取γ=1.951 6S。

2006年，同濟大學劉玉擎等［21］設計考慮開孔鋼板連接件處于正立、側立、倒立，即混凝土自上而下澆注，而開孔板分別焊接在翼緣上表面、側立面和下表面的

種受力狀態(tài)，并考慮開孔板孔中有無貫通鋼筋對連接件抗剪剛度及承載性能的影響。通過推出試驗，試件的破壞模式為孔中混凝土發(fā)生剪切破壞，并得出結論：貫通鋼筋的有無對開孔板連接件的極限承載力和延性影響很大；混凝土不同澆注方向對連接件抗剪剛度及使用階段承載力影響較大，但對其極限承載力影響并不明顯。

200 S年，西南交通大學夏嵩等［22］通過研究前人完成的推出試驗發(fā)現(xiàn)，推出試件達到破壞狀態(tài)時，一般傳剪器中所穿鋼筋不會發(fā)生斷裂，而工字鋼外側的混凝土板卻往往嚴重開裂。針對這一現(xiàn)象，他們認為通過傳統(tǒng)的推出試驗獲得的PBL傳剪器極限承載力可能過于保守，所以在此基礎上設計了一種不同的推出試驗方案。PBL傳剪器試件構造如圖13所示，通過對傳剪器施加拉荷載，發(fā)現(xiàn)通過這種試驗方案獲得的PBL傳剪器極限承載力明顯高于傳統(tǒng)推出試驗獲得的值，且大多數(shù)試件都是因為鋼板開孔中貫通鋼筋被剪斷而破壞。結合試驗數(shù)據(jù)，作者給出了初步的單孔極限承載力。

圖13 PBL傳剪器試件構造

2011年，同濟大學李現(xiàn)輝等［23］通過推出試驗研究了腹板嵌入式組合梁中抗剪連接件的極限承載力?？紤]了混凝土強度等級、鋼板厚度的影響，發(fā)現(xiàn)其與栓釘連接件相比，具有承載力高、易于實現(xiàn)完全抗剪連接的優(yōu)點，可以減少組合梁由于滑移效應引起的剛度折減?；谠囼灲Y果，提出了連接件的構造要求，同時也給出了相應的計算公式：

式中Nc為單個抗剪連接件承載力；tw為腹板厚度。

2012年，鄭雙杰等［7］為解決開孔鋼板連接件從側面圓孔內難以貫穿鋼筋的施工難題，提出了開孔板圓孔外緣設置有槽口的鋼與混凝土連接構造形式，通過4組12個模型試件的推出試驗，比較研究了開孔板連接件設置槽口與否的抗剪承載性能。試驗結果表明，槽口型開孔板連接件具有較好的抗剪性能，由于設置槽口增大了混凝土銷栓的抗剪面積，抗剪承載力和剛度分別得到不同程度的增大，同時峰值滑移量也相應減小。

2012年，同濟大學蘇慶田等［24］設計、制作了15組不同的T形開孔肋連接件試件共45個，進行了極限承載力和破壞形式測試試驗，試件破壞后，發(fā)現(xiàn)混凝土中的T形開孔肋翼緣均發(fā)生了不同程度的彎扭現(xiàn)象，說明其翼緣埋置于混凝土中形成了連接作用。研究結果表明：T形開孔肋連接件抗剪承載力大、延性好；T形開孔肋的厚度、開孔大小和混凝土強度對其承載力影響較為顯著；其腹板高度、翼緣數(shù)量、貫穿鋼筋直徑和翼緣長度對其承載力有一定影響。根據(jù)連接件鋼板是否發(fā)生斷裂，結合試驗數(shù)據(jù)建立了計算公式：

鋼板未斷裂：

式中Ac為T形開孔肋連接件中參與抗剪的混凝土截面面積；As為T形開孔肋連接件中單側孔中貫穿鋼筋的抗剪面積；B為翼緣外伸總長度；h為腹板的高度。

鋼板斷裂：

式中Aw=t（L-ND）為抗剪面積，t為板材厚度，L為連接件長度，N為腹板上孔洞個數(shù)，D為孔洞直徑；α為抗剪折減系數(shù)，取0.9295；γ為鋼板屈強比，取1.559。

2.1.2 梁式試驗

梁式試驗是指對簡支組合梁施加兩點對稱荷載，在荷載作用下鋼梁與混凝土板接觸面上水平受剪，縱向剪力隨外荷載的增加而增加，直至破壞［2］。

試驗和計算表明，剪力連接件在組合梁中的實際承載力比推出試驗得到的承載力要高，主要是因為剪力連接件在組合梁中的受力狀態(tài)比在推出試件中的有利：如栓釘?shù)热嵝赃B接件主要靠其根部傳遞剪力，在推出試件中，連接件根部處于單向受壓狀態(tài)，而在組合梁中，連接件根部受到沿梁軸方向混凝土翼緣彎曲壓應力作用，在實際組合樓層結構中，它還受到來自混凝土板且垂直于梁軸方向的彎曲壓應力作用，處于雙向受壓的復雜應力狀態(tài)。因此由推出試驗得到的連接件承載力公式用于組合梁設計是偏于保守的，同時也不經濟［25］。

但由于梁式試驗的準備周期較長，而且實施過程頗為復雜，目前國內采用梁式試驗研究開孔鋼板連接件力學性能的文獻還不多。

2010年，蘇州科技學院劉凡等［26］通過梁式試驗研究了Twin-PBL剪力鍵的連接性能，主要分析了混凝土板與鋼梁上翼緣交界面處的相對滑移量和應變差分布及變化情況，同時借助有限元軟件進行了建模分析計算。結果表明，Twin-PBL剪力鍵連接性能良好，抗滑移性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的連接件；且理論分析結果與試驗結果符合較好。

2011年，同濟大學李國強等［27］以鋼梁腹板截面、混凝土翼板截面、混凝土強度等級和混凝土翼板剪跨比為控制因素，設計、制作了6個嵌入式組合梁抗剪試件，通過梁式試驗觀測組合梁的受剪破壞過程。試驗結果表明，腹板嵌入式連接件具有較高的承載力，易于在組合梁中實現(xiàn)完全抗剪連接?？紤]到彎剪相互作用，給出了嵌入式組合梁受剪承載力簡化計算方法。

2012年，蘇州科技學院陳建兵等［2S］為了分析設有雙排波折開孔鋼板連接件的鋼-混凝土組合梁的受力性能。通過梁式試驗，探討組合梁截面應變沿梁高的分布及跨中撓度隨荷載變化的規(guī)律，分析混凝土板與鋼梁交界面的界面特性及貫穿鋼筋的受力情況、混凝土板的掀起作用等，并對比同等條件下具有直板開孔板連接件的組合梁交界面相對滑移性能。研究結果表明：波折開孔鋼板連接件具有較高的抗剪能力和連接性能，混凝土與鋼梁交界面相對滑移量小，約為同等條件下直板開孔板連接件組合梁界面滑移量的一半。

2.1.3 拔出試驗

開孔鋼板連接件不僅要抵抗鋼梁與混凝土翼板之間的剪力流，還要抵抗使兩者具有分離趨勢的掀起力。相比于開孔鋼板連接件抗剪性能的研究，關于其抗拔性能的文獻仍較少，然而抗剪連接件的抗拔性能對鋼梁與混凝土板是否能組合在一起協(xié)同工作起著至關重要的作用。不同開孔類型所對應的鋼與混凝土之間的組合程度是不同的，因此有必要結合這些類別的連接件進行相應的試驗研究。

2009年，同濟大學李現(xiàn)輝等［12］以腹板厚度、橫向鋼筋直徑及橫向配筋率為控制因素，研究了腹板嵌入式組合梁中抗剪連接件的抗拔性能。由試件破壞特征及拔出力-位移關系曲線，并結合鋼板連接件的抗剪承載力，對這種連接件的抗拔性能是否滿足腹板嵌入式組合梁的組合作用進行了驗證，結果表明，其具有較好的抗拔性能，其拔出承載力可以達到抗剪承載力的24%～43%，遠大于規(guī)范要求。最終，作者參照《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017-2003），提出了腹板嵌入式組合梁中抗剪連接件的構造要求。

2010年，揚州大學許燕等［29］通過試驗比較了普通混凝土和ECC混凝土開孔鋼板連接件試件的極限承載力。為了防止鋼板在試驗過程中偏心受壓以及發(fā)生局部撓曲，因而將開孔鋼板設計成受拉試件，試驗加載裝置如圖14所示。根據(jù)試驗結果，繪制了荷載-滑移曲線，并考慮鋼板孔徑、混凝土強度、是否設貫穿鋼筋等因素，給出了開孔鋼板連接件極限抗剪強度表達式。但在圖14所示的加載裝置中，開孔板連接件的受力狀態(tài)與其在組合梁承受荷載時有較大的差別。

圖14試驗加載裝置

2013年，同濟大學鄭雙杰等［7］對槽口型開孔鋼板連接件進行了拉拔試驗。測試結果包括抗拉拔剛度、抗拉拔承載力及對應的峰值分離量。由于開孔板設置槽口后形成齒狀板條，增加了圓孔外緣的咬合力，從而使開孔板連接件的抗拉拔承載力和剛度略有增大，而峰值分離量影響較小。

2.2 開孔鋼板連接件疲勞性能

實際結構（橋梁等）除了要承受靜力荷載，往往還要承受反復荷載的作用。隨著組合結構在橋梁工程中的廣泛應用，作為組合構件重要組成部分的開孔板剪力連接件，目前國內外對其抗疲勞性能的研究工作還處于初級階段［30］。

Leonhardt曾對PBL連接件和栓釘連接件的疲勞性能進行過比較［31］：在40%極限荷載作用下，經過200萬次循環(huán)后，PBL連接件的實測滑移量（u）僅為0.14 mm，而栓釘?shù)幕屏縿t明顯高出很多，達到1.5 mm（圖15）。主要原因是PBL連接件的鋼板可以通過焊腳尺寸很小的連續(xù)貼腳焊焊接到鋼梁翼緣上，比栓釘連接件的局部焊接整體性要好；另外，即使PBL連接件孔內的支撐混凝土局部受損，其它部位的混凝土榫也不會受影響，則混凝土板應力軌跡線的荷載偏心不大；再者，PBL連接件無初始彎曲效應，所以PBL連接件的抗疲勞性能要優(yōu)于栓釘連接件［30］。

圖15栓釘與PBL連接件的疲勞曲線對比

宗周紅等［19］以混凝土材料類型和強度等級、剪力連接件類型和橫向配筋等為控制參數(shù)，研究了柔性連接件栓釘和剛性連接件帶孔鋼板的疲勞性能和極限承載力。楊勇等［32］為研究鋼板-混凝土組合橋面在疲勞荷載下的受力性能，完成了10塊鋼板-混凝土組合橋面板試件的等幅疲勞試驗研究。試驗主要考察栓釘布置、開孔鋼板連接件數(shù)量及疲勞荷載幅值3個因素對組合橋板的疲勞破壞模式及疲勞損傷程度的影響。

3 結束語

綜上所述，目前國內外開孔鋼板連接件的類型呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢。針對PBL連接件力學性能的研究已逐漸趨于成熟，而對于構造形式不同于傳統(tǒng)PBL連接件的新型開孔板連接件的研究還正在開展中。

基于對開孔鋼板連接件已有的研究成果進行總結，并對后續(xù)的研究討論和前景展望如下：

（1）雖然PBL連接件已有較多研究，但是并不能將其圓孔與混凝土的受力特點直接用于其它開孔型式的鋼板連接件中，如：槽口型開孔板連接件、等腰梯形腹板嵌入式連接件等。

（2）歐洲規(guī)范EC4中的推出試驗方案主要是建立在以栓釘為連接件的基礎之上，其失效模式多為栓釘及其附近局部的混凝土破壞。值得注意的是將該試驗方案直接應用于開孔鋼板連接件時得出的抗剪切強度與實際組合梁有一定的差異，主要在于開孔鋼板連接件的破壞模式多為更大面積的混凝土破壞，同時造成混凝土板的剛度減弱，這造成試件局部偏載；同時鋼板的推出試驗得到的抗剪強度包括混凝土板縱向劈裂和鋼板前端混凝土壓碎兩部分的貢獻。因此沿用歐洲規(guī)范EC4的試驗方案于開孔鋼板連接件的抗剪切強度測試，需要注意這種差異。

（3）推出試驗不能反映開孔鋼板連接件真實的受力狀態(tài)，其得出的極限承載力偏??；而梁式試驗存在試驗周期長、操作復雜等不足之處。因此有必要從如何反映連接件真實的受力狀態(tài)以及試驗的可操作性等角度尋求更為準確高效的試驗方法，以準確反映開孔鋼板連接件的真實力學性能和失效模式。

（4）為了方便施工、節(jié)約造價以及尋求更優(yōu)的力學性能，不同構造的開孔板連接件越來越多的得以應用，評價其不同的抗拔和抗疲勞性能的力學實驗方法也將在后續(xù)的研究中得到應用。

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Development in Experimental Research on Perforated Steel Plate Shear Connectors

XUE Hui1，WANG Zhiyu1，F(xiàn)U Lei2
（1.School of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu 610065，China；
2.School of Mechanical Engineering，Sichuan University of Science&Engineering，Zigong 643000，China）

The various forms of Perforated steel Plate shear connectorsmostly concerned by current research work are introduced in this PaPer.The advance of test studies regarding theirmechanical ProPerties is described from the view of varied exPerimentalmethods.TyPical conclusions from research work of Perforated steel Plate shear connectors are discussed，and the suggestions for further investigation are outlined.

Perforated steel Plate shear connectors；comPosite structure；Push_out tests；ultimate bearing caPacity

TU392.4

A

1673_1549(2014)02_0001_09

10.11863/j.suse.2014.02.01

2014_03_26

國家自然科學基金項目（5097S174）

王志宇（19S0_），男，四川成都人，副研究員，博士，主要從事工程結構疲勞方面的研究，（E_mail）zywang@scu.edu.cn