基于剪力钉增强的组合销连接件抗剪承载力确定方法

技术领域

本发明涉及一种连接件抗剪承载力的确定方法，具体涉及一种基于剪力钉增强的组合销连接件抗剪承载力确定方法，属于交通工程技术领域。

背景技术

钢-混组合桥梁能够充分发挥混凝土的抗压强度和钢材的抗拉强度，并降低桥梁结构自重，节省工程造价，在桥梁工程中具有广泛的应用前景。剪力连接件是保证桥面板与钢主梁连接成整体的一个重要部件。目前连接件最主要的形式有剪力钉连接件和PBL连接件，通过布置在钢梁的上翼缘板上与桥面板相连接。近年来，欧洲提出了一种腹板直插式改进螺旋线型组合销连接件(Modified clothoid shape composite dowel，简称MCL)，具有很好的抗剪性能和抗疲劳性能，并在桥梁工程中得到成功应用。

但是研究发现，MCL组合销连接件存在明显的应力集中区域，导致钢销底部会过早出现撕裂现象，限制了其抗剪承载能力的发挥。

为此，可以设想提出一种基于剪力钉增强的新型组合销连接件，通过在MCL钢销上横向设置剪力钉，以改善钢销的受力状态，缓解其应力集中现象，达到提高其抗剪承载力的目的。但是，目前尚没有对这种组合销连接件抗剪承载力的准确评估确定的方法，这限制了新型组合销连接件在钢-混组合桥梁以及其他交通工程中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于剪力钉增强的组合销连接件抗剪承载力确定方法，该模型可准确确定基于剪力钉增强的组合销连接件的抗剪承载力，为剪力钉增强的组合销连接件在组合桥梁结构中的应用提供理论依据。

本发明具体是这样实现的：

基于剪力钉增强的组合销连接件抗剪承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、考虑腹板直插式组合销连接件和剪力钉连接件两部分均提供抗剪承载力，根据叠加原理，确定基于剪力钉增强的组合销连接件的抗剪承载力公式基本形式；

步骤二、基于剪力钉增强的组合销连接件的破坏模式和几何参数，确定组合销连接件单销抗剪承载力计算公式；

步骤三、根据钢销剪力钉均发生根部剪切破坏的现象，建立考虑剪力钉横截面积和剪力钉抗拉强度的剪力钉承载力计算公式；

步骤四、结合基于剪力钉增强的组合销连接件推出试验数据，拟合相互作用影响系数，提出其抗剪承载力计算公式，从而可以确定基于剪力钉增强的组合销剪力连接件抗剪承载力。

更进一步的方案是：

所述的基于剪力钉增强的组合销连接件，是在腹板直插式改进螺旋线型组合销连接件(简称MCL)的钢销上横向设置剪力钉，钢销厚度为8-16mm；单个钢销上设置的剪力钉数量为1-3对，以改善MCL的钢销受力状态和缓解其应力集中现象，达到提高MCL抗剪承载力的目的。

更进一步的方案是：

步骤一中，根据叠加原理，得到基于剪力钉增强的组合销连接件的抗剪承载力计算公式基本形式为：

P＝αP

其中：α为基于剪力钉增强的组合销连接件的相互作用影响拟合系数；β为基于剪力钉增强的组合销连接件中，剪力钉连接件的相互作用影响拟合系数；P

更进一步的方案是：

步骤二中，MCL组合销连接件的三种破坏模式为：钢销破坏、混凝土剪切破坏和混凝土撬出破坏，由于基于剪力钉增强的组合销连接件的破坏模式为钢销破坏，因此确定组合销连接件的破坏模式为钢销破坏；由于抗剪承载力与钢销厚度、临界截面宽度和屈服强度呈线性关系，几何参数通过钢销间距e

P

其中，e

更进一步的方案是：

步骤三中，根据《公路钢-混组合梁桥设计与施工规范》，以及钢销剪力钉均在根部被剪断而发生剪切破坏的现象，考虑剪力钉横截面积和剪力钉抗拉强度两个关键参数，建立剪力钉承载力计算公式为：

P

其中，A

更进一步的方案是：

步骤四中，结合基于剪力钉增强的组合销连接件推出试验数据，利用差分进化法，对系数α、β进行拟合，得出α＝1.461，β＝0.853。将拟合得到的系数和式(2)、(3)代入式(1)中，得到基于剪力钉增强的组合销剪力连接件的抗剪承载力计算公式(4)，从而可以确定基于剪力钉增强的组合销剪力连接件抗剪承载力，

P＝0.365e

其中，n

本发明至少具有如下突出的有益效果：

1、本发明提出了新型的基于剪力钉增强的组合销剪力连接件，为组合桥梁结构的连接提供了新方式，推动了钢-混组合桥梁结构的发展。

2、基于试验和相关规范，本发明提出了基于剪力钉增强的组合销剪力连接件的抗剪承载力确定方法，使新型组合销连接件抗剪承载力的确定更合理、准确、便捷，为基于剪力钉增强的组合销连接件在组合桥梁结构中的应用提供理论依据。

附图说明

图1为本发明基于剪力钉增强的组合销剪力连接件抗剪承载力的确定方法流程图；

图2为本发明实施例的基于剪力钉增强的新型组合销连接件的不同结构示意图；

图2中，(a)单个钢销上横向设置剪力钉数量为3对时的主视图；

(b)单个钢销上横向设置剪力钉数量为3对时的侧视图；

(c)单个钢销上横向设置剪力钉数量为3对时的俯视图；

(d)单个钢销上横向设置剪力钉数量为2对时的侧视图；

(e)单个钢销上横向设置剪力钉数量为1对时的侧视图；

(f)单个钢销上横向设置剪力钉数量为0对时的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为对本发明的限定。

本实施例提供了一种基于剪力钉增强的组合销连接件抗剪承载力确定方法，如附图1所示，包括如下步骤：

步骤一、考虑腹板直插式组合销连接件和剪力钉连接件两部分均提供抗剪承载力，根据叠加原理，确定基于剪力钉增强的组合销连接件的抗剪承载力公式基本形式；

步骤二、基于剪力钉增强的组合销连接件的破坏模式和几何参数，确定组合销连接件单销抗剪承载力计算公式；

步骤三、根据钢销剪力钉均发生根部剪切破坏的现象，建立考虑剪力钉横截面积和剪力钉抗拉强度的剪力钉承载力计算公式；

步骤四、结合基于剪力钉增强的组合销连接件推出试验数据，拟合相互作用影响系数，提出其抗剪承载力计算公式，从而可以确定基于剪力钉增强的组合销剪力连接件抗剪承载力。

其中，基于剪力钉增强的组合销连接件，是在腹板直插式改进螺旋线型组合销连接件(简称MCL)的钢销上横向设置剪力钉，如附图2所示，钢销厚度为8-16mm；单个钢销上设置的剪力钉数量为1-3对，以改善MCL的钢销受力状态和缓解其应力集中现象，达到提高MCL抗剪承载力的目的。

因此，基于剪力钉增强的组合销连接件的抗剪承载力，由MCL组合销连接件和剪力钉连接件两部分提供，根据叠加原理，得到其抗剪承载力计算公式基本形式：

P＝αP

MCL组合销连接件的三种破坏模式为：钢销破坏、混凝土剪切破坏和混凝土撬出破坏，根据破坏形式取三者抗剪能力最小值作为其抗剪承载力计算值。根据试验结果，基于剪力钉增强的组合销连接件的破坏模式均为钢销破坏，且抗剪承载力与钢销厚度、临界截面宽度和屈服强度呈线性关系，其几何参数通过钢销间距e

P

根据《公路钢-混组合梁桥设计与施工规范》，以及钢销剪力钉均在根部被剪断而发生剪切破坏的现象，考虑剪力钉横截面积和剪力钉抗拉强度两个关键参数，建立剪力钉承载力计算公式为：

P

通过改变不同的钢销厚度和横向剪力钉布置数量，设计制作了12组共24个推出试件，具体尺寸布置见图2和表1。推出试件的标号规则为钢销厚度+设置剪力钉数量，在钢销上布置应变片的试件用Y作标记。如10+1Y表示钢销厚度为10mm，单个钢销上设置一对剪力钉，并在钢销上布置应变片；10+0Y表示厚度10mm，0对剪力钉，有应变片；10+0表示厚度10mm，0对剪力钉，没有应变片；10+1表示厚度10mm，1对剪力钉，没有应变片。

表1基于剪力钉增强的组合销推出试件的抗剪承载力

结合基于剪力钉增强的组合销连接件推出试验数据，利用差分进化法，对系数α、β进行拟合，得出α＝1.461，β＝0.853。将拟合得到的系数和式(2)、(3)代入式(1)中，得到基于剪力钉增强的组合销剪力连接件的抗剪承载力计算公式(4)，从而可以确定基于剪力钉增强的组合销剪力连接件抗剪承载力，

P＝0.365e

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下提供具体应用实施例对本发明进行进一步详细说明。

具体应用实施例：

已知12组24个推出试件，混凝土强度等级为C50，试件两侧混凝土板尺寸为：650mm×350mm×825mm，钢销与工字钢材料均为Q355B，钢筋采用HRB400级，剪力钉材质为ML15AL，直径为13mm，长度为100mm，见图2。试验得到基于剪力钉增强的组合销剪力连接件的抗剪承载力见表2。

表2基于剪力钉增强的组合销推出试件抗剪承载力计算值与试验值对比

由表2可知，基于剪力钉增强的组合销推出试件抗剪承载力的计算值与试验值吻合较好，本发明的基于剪力钉增强的组合销剪力连接件的抗剪承载力确定方法，其理论计算值与试验结果比值的均值为1.002，标准差为0.027，可见基于剪力钉增强的组合销连接件抗剪承载力计算公式的准确性高，完全能够满足在桥梁等交通工程上的应用要求。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。