新型装配式螺栓连接件极限承载力研究

2019-09-10张勇袁波王健康

贵州大学学报（自然科学版） 2019年1期

张勇袁波王健康

摘要：本文提出一种新型装配式螺栓连接件。为了探究其抗剪极限承载力及变形特征，基于大型通用有限元分析软件ABAQUS建立其推出试件有限元模型，研究螺栓数量、混凝土强度及螺栓布置间距三个因素对其抗剪性能影响。研究结果表明：螺栓变形由弯剪作用控制;增加螺栓数量能大幅提高该连接件的极限承载力;增大混凝土强度能在一定程度上提高该连接件极限承载力;改变螺栓间距对该连接件极限承载力有一定影响。

关键词：装配式;组合结构;高强螺栓;抗剪连接件;极限承载力

中图分类号：U443.37

文献标识码： A

钢-混凝土组合梁能够协同工作的关键在于钢与混凝土交界面处剪应力的有效传递[1]。然而仅依靠两者之间的自然粘结是难以确保组合梁截面充分共同工作的，因此钢-混凝土组合梁需设置剪力连接件来保证两种材料之间剪力的传递。常见的剪力连接件有栓钉连接件、PBL连接件、型钢连接件等[2-4]，其中栓钉连接件因其受力方向不受限制，抗拔性能好等优点被广泛应用于工程实践中。传统栓钉连接件是通过焊接方式连接在型钢上翼缘的，而重庆交通大学李成君等在这基础上提出一种预制装配式剪力连接件（Prefabricated Composite Shear Stud，PCSS）[5]，该连接件将栓钉横向布置，相比于传统栓钉连接件，其抗剪性能更为突出。本文在此研究基础上提出一种新型装配式螺栓连接件，该连接件将螺栓横向布置，所有组成构件均可在工厂预制完成，可节省施工支模工序，施工方便快捷，并且符合现代组合结构的装配化发展趋势。本文应用ABAQUS建立该螺栓连接件有限元模型，对其极限承载力影响因素进行参数化分析，了解其破坏过程及受力性能，为以后试验研究及工程应用提供参考。

1 新型螺栓连接件构造

新型螺栓剪力连接件构造如图1所示：该连接件将混凝土板预制成带肋板，板肋预留螺栓孔洞，型钢上翼缘焊接两块开孔钢板，混凝土带肋板与型钢通过螺栓连接在一起。

2 有限元模型

2.1 算例情况

螺栓连接件有限元模型尺寸根据文献[6]推出试验试件相关规定设计，如图2所示。其中型钢尺寸：160 mm×120 mm×10 mm×8 mm;混凝板截面尺寸为300 mm×100 mm，肋截面尺寸为114 mm×100 mm;螺栓根据GB-T-1228《钢结构用高强度大六角头螺栓》采用8.8级M16高强螺栓;钢筋直径均为8 mm。

为了探究新型螺栓连接件极限承载力影响因素，本文列举了摩擦系数、螺栓数量、混凝土强度及螺栓布置间距等影响参数，分别建模进行分析，所有模型中螺栓均竖向布置。算例情况如表1所示。

4 结论

（1）本文提出了一种新型装配式螺栓连接件，该连接件依靠横向布置的螺栓抗剪，并且可实现完全装配式施工。施工方便快捷，具有良好的抗剪性能。

（2）本文利用ABAQUS对新型螺栓连接件进行数值模拟，模拟结果与规范计算结果大致相符，模拟效果良好。

（3）根据有限元模型应力分析结果，得出螺栓连接件、型钢上翼缘开孔钢板及混凝土板应力变化特征，并由螺杆变形图得出螺杆变形是由弯剪作用来控制。

（4）由参数化分析可知：螺栓连接件极限承载力并非随着該连接件数量增加成线性增长;增大混凝土强度能在一定程度增大螺栓连接件极限承载力;改变螺栓间距对螺栓连接件极限承载力具有一定影响。

参考文献：

[1]聂建国，刘明，叶列平. 钢一混凝土组合结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]林云，王清远. PBL剪力连接件力学性能研究进展[J]. 四川建筑科学研究，2012，38（5）：24-30.

[3]邓文琴，张建东，刘朵，等.新型槽钢连接件基本力学性能试验研究[J]. 中外公路，2016，36（5）：88-92.

[4]谢剑，杜雪玉，严加宝.极地低温下栓钉连接件受剪性能试验研究及有限元分析[J]. 建筑结构学报，2019，40（1）：148-154.

[5]李成君，周志祥，黄雅意，等. 装配式组合梁剪力钉抗剪承载力研究[J]. 中国公路学报，2017，30（3）：264-270.