新型裝配式螺栓連接件極限承載力研究

張勇 袁波 王健康

摘 要：本文提出一種新型裝配式螺栓連接件。為了探究其抗剪極限承載力及變形特征，基于大型通用有限元分析軟件ABAQUS建立其推出試件有限元模型，研究螺栓數(shù)量、混凝土強度及螺栓布置間距三個因素對其抗剪性能影響。研究結果表明：螺栓變形由彎剪作用控制;增加螺栓數(shù)量能大幅提高該連接件的極限承載力;增大混凝土強度能在一定程度上提高該連接件極限承載力;改變螺栓間距對該連接件極限承載力有一定影響。

關鍵詞：裝配式;組合結構;高強螺栓;抗剪連接件;極限承載力

中圖分類號：U443.37

文獻標識碼： A

鋼-混凝土組合梁能夠協(xié)同工作的關鍵在于鋼與混凝土交界面處剪應力的有效傳遞[1]。然而僅依靠兩者之間的自然粘結是難以確保組合梁截面充分共同工作的，因此鋼-混凝土組合梁需設置剪力連接件來保證兩種材料之間剪力的傳遞。常見的剪力連接件有栓釘連接件、PBL連接件、型鋼連接件等[2-4]，其中栓釘連接件因其受力方向不受限制，抗拔性能好等優(yōu)點被廣泛應用于工程實踐中。傳統(tǒng)栓釘連接件是通過焊接方式連接在型鋼上翼緣的，而重慶交通大學李成君等在這基礎上提出一種預制裝配式剪力連接件（Prefabricated Composite Shear Stud，PCSS）[5]，該連接件將栓釘橫向布置，相比于傳統(tǒng)栓釘連接件，其抗剪性能更為突出。本文在此研究基礎上提出一種新型裝配式螺栓連接件，該連接件將螺栓橫向布置，所有組成構件均可在工廠預制完成，可節(jié)省施工支模工序，施工方便快捷，并且符合現(xiàn)代組合結構的裝配化發(fā)展趨勢。本文應用ABAQUS建立該螺栓連接件有限元模型，對其極限承載力影響因素進行參數(shù)化分析，了解其破壞過程及受力性能，為以后試驗研究及工程應用提供參考。

1 新型螺栓連接件構造

新型螺栓剪力連接件構造如圖1所示：該連接件將混凝土板預制成帶肋板，板肋預留螺栓孔洞，型鋼上翼緣焊接兩塊開孔鋼板，混凝土帶肋板與型鋼通過螺栓連接在一起。

2 有限元模型

2.1 算例情況

螺栓連接件有限元模型尺寸根據(jù)文獻[6]推出試驗試件相關規(guī)定設計，如圖2所示。其中型鋼尺寸：160 mm×120 mm×10 mm×8 mm;混凝板截面尺寸為300 mm×100 mm，肋截面尺寸為114 mm×100 mm;螺栓根據(jù)GB-T-1228《鋼結構用高強度大六角頭螺栓》采用8.8級M16高強螺栓;鋼筋直徑均為8 mm。

為了探究新型螺栓連接件極限承載力影響因素，本文列舉了摩擦系數(shù)、螺栓數(shù)量、混凝土強度及螺栓布置間距等影響參數(shù)，分別建模進行分析，所有模型中螺栓均豎向布置。算例情況如表1所示。

4 結論

（1）本文提出了一種新型裝配式螺栓連接件，該連接件依靠橫向布置的螺栓抗剪，并且可實現(xiàn)完全裝配式施工。施工方便快捷，具有良好的抗剪性能。

（2）本文利用ABAQUS對新型螺栓連接件進行數(shù)值模擬，模擬結果與規(guī)范計算結果大致相符，模擬效果良好。

（3）根據(jù)有限元模型應力分析結果，得出螺栓連接件、型鋼上翼緣開孔鋼板及混凝土板應力變化特征，并由螺桿變形圖得出螺桿變形是由彎剪作用來控制。

（4）由參數(shù)化分析可知：螺栓連接件極限承載力并非隨著該連接件數(shù)量增加成線性增長;增大混凝土強度能在一定程度增大螺栓連接件極限承載力;改變螺栓間距對螺栓連接件極限承載力具有一定影響。

參考文獻：

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（責任編輯：周曉南）