淺析Twin-PBL剪力連接件承載力影響因素

劉瑋瀟劉 洋王英華

(1沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院管理系 沈陽(yáng) 110167 2山東省沂水縣審計(jì)局 山東臨沂 276400)

淺析Twin-PBL剪力連接件承載力影響因素

劉瑋瀟1劉 洋2王英華1

(1沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院管理系 沈陽(yáng) 110167 2山東省沂水縣審計(jì)局 山東臨沂 276400)

為了探究Twin-PBL剪力連接件肋板中心間距對(duì)其抗剪承載力的影響，基于ANSYS軟件建立了有限元模型進(jìn)行分析，并將各試驗(yàn)公式計(jì)算值與有限元結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：Twin-PBL剪力連接件的承載力隨著肋板中心間距增加略有提高；各實(shí)驗(yàn)公式所考慮的影響參數(shù)不盡相同，計(jì)算結(jié)果差異顯著。研究結(jié)果為下一步合理設(shè)計(jì)Twin-PBL剪力連接件奠定了理論基礎(chǔ)。

Twin-PBL剪力連接件；實(shí)驗(yàn)公式；抗剪承載力

在鋼-混凝土的組合結(jié)構(gòu)中，鋼部件與混凝土部件的連接是通過(guò)剪力連接件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。剪力連接件的形式有栓釘連接件、型鋼剪力連接件、埋入式剪力連接件、PBL剪力連接件、Twin-PBL剪力連接件等。其中，Twin-PBL剪力連接件是在PBL剪力連接件的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的[1-3]。這兩種剪力連接件如圖1、圖2所示。

圖1 PBL剪力連接件圖2Twin-PBL剪力連接件

目前，對(duì)Twin-PBL剪力連接件研究尚淺，建立的承載力公式差異較大，并且對(duì)于影響其承載力的主要因素沒(méi)有達(dá)到共識(shí)。

1 Twin-PBL剪力連接件承載力公式

現(xiàn)階段，多數(shù)Twin-PBL剪力連接件承載力公式是基于PBL剪力連接件的推出試驗(yàn)來(lái)提出的[4-6]。這些承載力公式都只考慮單孔的承載力，但也有一些學(xué)者通過(guò)Twin-PBL剪力連接件推出試驗(yàn)并回歸分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了承載力公式[7-8]。現(xiàn)對(duì)幾種Twin-PBL剪力連接件極限承載力計(jì)算公式做出簡(jiǎn)要介紹，見(jiàn)表1。

表1中，日本規(guī)范及張智暉[8]都是按單孔承載能力來(lái)考慮的。其中日本規(guī)范主要考

慮了貫穿鋼筋及混凝土榫的影響，張智暉主要考慮的影響因素是貫穿鋼筋直徑及開(kāi)孔鋼板孔徑。Jin-HeeAhn[7]認(rèn)為承載力是由貫穿鋼筋、混凝土榫以及端部承壓區(qū)三部分承擔(dān)的，并考慮了鋼板厚度的影響[9]。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)所有公式都沒(méi)直接考慮肋板中心間距的影響。有必要對(duì)這一影響參數(shù)作出探討。

表1 Twin-PBL剪力連接件承載力計(jì)算公式

2 Twin-PBL剪力連接件計(jì)算模型

為了探討肋板中心間距對(duì)Twin-PBL剪力連接件的影響，現(xiàn)用ANSYS建立有限元分析模型，模型參數(shù)選取如下：混凝土強(qiáng)度選用C30；鋼筋選用直徑為14mm的HRB335；鋼板厚度為20mm，肋板的高度為120mm的Q345q鋼材。肋板中心間距分別取60mm、120mm、240mm。

以肋板中心間距60mm為例，模型如圖2所示。其中，混凝土選用SOLID65單元，鋼筋及鋼板選用SOLID45單元，根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的對(duì)稱性建立實(shí)際結(jié)構(gòu)的1／4模型進(jìn)行計(jì)算分析。

3 Twin-PBL剪力連接件計(jì)算模型

3.1 Twin-PBL剪力連接件的構(gòu)件參數(shù)分析

圖2 ANSYS有限元模型

通過(guò)有限元分析，得出肋板中心間距在60mm、120mm、240mm下的荷載-位移曲線，如圖3所示。

表2 Twin-PBL剪力連接件的極限承載力計(jì)算值（KN）

從圖3中可知：隨著肋板中心間距的增大，Twin-PBL剪力連接件極限承載力也逐漸增大，但增幅不明顯。

從構(gòu)造上講，設(shè)置兩條肋板有利于提高連接件的整體剛度及抗扭性能。當(dāng)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的剛度及抗扭性能要求高時(shí)，宜選用Twin-PBL剪力連接件。

3.2 有限元分析與試驗(yàn)公式的對(duì)比

為分析各公式的差異性，將表1中所列公式計(jì)算出極限承載力并與有限元的分析結(jié)果做對(duì)比，如表2所示。

從表2 可知：（1）所有的試驗(yàn)公式都沒(méi)有直接考慮肋板中心間距的影響。（2）Jin-Hee Ahn提出公式的計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果最為接近。張智暉提出實(shí)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果與有限元結(jié)果相對(duì)誤差較大，高達(dá)160%，偏不安全。（3）各國(guó)學(xué)者所提出的實(shí)驗(yàn)公式存在較大差異，公式中所體現(xiàn)的影響參數(shù)也不盡相同，計(jì)算結(jié)果差異顯著。

4 結(jié)論

通過(guò)有限元分析及與試驗(yàn)公式對(duì)比的

[ 1 ] 圖3不同肋板間距下的荷載-位移曲線

方法，研究了Twin-PBL剪力連接件肋板中心間距對(duì)其抗剪承載力的影響，并分析了各試驗(yàn)公式的差異性，為下一步科學(xué)合理設(shè)計(jì)Twin-PBL剪力連接件提供了一定的理論依據(jù)。此外，有限元模型沒(méi)有考慮混凝土與鋼板的接觸關(guān)系，計(jì)算精度有待提高。

Twin-PBL剪力連接件構(gòu)造復(fù)雜，現(xiàn)有的研究采用不同的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒃囼?yàn)方法，使得最后的公式差別很大。下一步應(yīng)盡快規(guī)范剪力連接件的試驗(yàn)方法和計(jì)算公式。

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U441.5

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1007-6344（2016）07-0319-01

2016-6-22

劉瑋瀟(1989-)，女，漢族，吉林江源人，碩士，助理工程師，研究方向：組合橋梁