周立松，黃炳生，馬千里

(南京工業(yè)大學土木工程學院，江蘇南京211816)

PBL連接件抗剪承載力計算研究

周立松，黃炳生，馬千里

(南京工業(yè)大學土木工程學院，江蘇南京211816)

分析了國內外不同學者基于推出試驗得出的PBL剪力連接件抗剪承載力計算公式，運用這些公式對諸學者各自的有鋼翼緣PBL剪力連接件推出試驗試件進行了承載力計算。通過對比分析公式計算結果與試驗結果，討論各種不同抗剪承載力計算公式的適用性和準確性。結果表明，Verissimo和Medberry提出的計算式分別適用于孔洞中無貫穿鋼筋和有貫穿鋼筋的PBL剪力連接件。

組合結構 PBL剪力連接件 抗剪承載力 計算公式

鋼—混凝土組合結構和混合結構連接段是通過剪力連接件使鋼和混凝土形成一體，共同工作［1］。PBL剪力連接件(圖1)是近年來出現的一種新型剪力連接件，此連接件主要是通過混凝土榫和貫通于孔中的鋼筋共同承擔剪力，與傳統(tǒng)的剪力連接件栓釘相比，PBL剪力連接件承載力高，抗疲勞性能好［2］，因而有很好的應用前景。

圖1 PBL剪力連接件

雖然國內外學者對PBL剪力連接件的承載力作了一些研究，并根據各自的研究成果提出了承載力計算表達式;但因試件的形式和尺寸各不相同，關注的參數各異，導致所提出的PBL剪力連接件的承載力計算表達式是否具有普遍適用性尚需研究。為此，本文根據國內外PBL剪力連接件推出試驗結果，對現有承載力表達式的適用情況和準確性進行了分析。

1 現有PBL連接件抗剪承載力計算公式

國內外學者通過試驗給出了各自的抗剪承載力計算式。

1)Oguejiofor和Hosain［3］承載力計算式

式中:qu為PBL剪力連接件的極限承載力;hsc為連接件的高度;tsc為連接件的厚度;fck為混凝土圓柱體抗壓強度;Atr和A'tr分別為貫通鋼筋和混凝土中普通橫向鋼筋的截面面積;fy和f'y分別為貫通鋼筋和混凝土中普通橫向鋼筋的屈服強度;n為連接件中孔洞的個數;D為連接件孔洞的直徑。

2)Medberry和Shahrooz［4］根據推出試驗提出了一個考慮了鋼梁與混凝土板間摩擦力的PBL連接件抗剪承載力計算式

式中:b為混凝土板的厚度;h為連接件下邊緣到混凝土端部的距離;bf為型鋼翼緣的寬度;Lc為混凝土與型鋼接觸部分的長度;其余符號含義同式(1)。

3)Verissimo等［5］在推出試驗以及Oguejiofor and Hosain提出的計算公式的基礎上，提出的PBL連接件抗剪承載力計算式為

式中:Acc為每個連接件縱向混凝土的剪切面積;其余符號含義同式(1)和式(2)。

4)Al-Darzi等［6］提出的承載力計算式為qu=255.31+7.62×10－4×hsctscfck－7.59×10－7×

式中:Asc為連接件孔洞中混凝土榫的面積;其它符號含義同式(1)。

5)胡建華等［1］依據其推出試驗的結果，給出的PBL連接件抗剪承載力計算式為

式中:α為鋼筋影響系數，取α=1.320 125;β為橫向普通鋼筋影響系數，當橫向普通鋼筋配筋率ρ≤0.18%時，取β=1.204 479，當配筋率ρ＞0.18%時，取β=1.042 948;γ為混凝土影響系數，取γ= 1.951 68;Atr和A'tr分別為貫通鋼筋和混凝土中普通橫向鋼筋的截面面積;fy和f'y分別為貫通鋼筋和混凝土中普通橫向鋼筋的屈服強度;fc為混凝土立方體抗壓強度;其它符號含義同式(4)。

2 現有PBL剪力連接件抗剪承載力公式適用性分析

2.1 孔洞中無貫穿鋼筋的PBL連接件

運用各學者提出的PBL連接件承載力計算式，對有鋼翼緣孔洞中無貫穿鋼筋的PBL剪力連接件試件進行了計算。試件試驗值及各公式計算結果見表1。圖2為試件試驗值與各公式計算值的比較。

表1 無貫穿鋼筋的試件試驗值及各公式計算值kN

圖2 孔洞中無貫穿鋼筋的試件承載力試驗值與公式計算值比較

由表1和圖2可見:

對國外試件，式(1)高估了PBL連接件的抗剪承載力，最大偏差為12%;對國內試件，式(1)低估了開孔板的抗剪承載力，最大偏差為30%。

式(2)高估了PBL剪力連接件的抗剪承載力，對C?ndido試件，偏差較小，僅為9%，且隨著孔洞數量的增加偏差逐漸減小;對Vianna試件，偏差較大，P21和P22試件分別為32%和19%。對國內試件，式(2)均低估了PBL剪力連接件的抗剪承載力，對趙文娟的試件，偏差較小，S3和S4試件分別為6%和8%;對石宵爽的試件，偏差較大，最大偏差為36%。

式(3)計算值與各試件試驗值相比時大時小。對C?ndido試件，式(3)計算值與試驗值比較接近，偏差3%，但試件P4的式(3)計算值低于試驗值。對Vianna試件，試件P21的式(3)計算值大于試驗值，而P22試件的式(3)計算值小于試驗值，偏差為16%和8%。對趙文娟試件，式(3)計算值低于試驗值，偏差為6%;對石宵爽試件，試件S11A的式(3)計算值高于試驗值，偏差為11%，試件S21A和S22A的式(3)計算值低于試驗值，偏差為1%和2%。

對石宵爽試件，式(4)計算值高于試驗值，這是因為式(4)存在常數255.31，而石宵爽試件的試驗值均低于此值。對其余試件，式(4)均低估了PBL剪力連接件的抗剪承載力，除試件P22偏差較大(達29%)，其余試件偏差均在12%之內。

除趙文娟試件外，式(5)均高估了PBL剪力連接件的抗剪承載力，且偏差高達55%;對趙文娟試件，式(5)低估了PBL剪力連接件的抗剪承載力，偏差為22%。

2.2 孔洞中有貫通鋼筋PBL連接件

有鋼翼緣孔洞中有貫通鋼筋的PBL剪力連接件試件試驗值與各公式計算值見表2。

圖3為試件試驗值與各公式計算值的比較。

表2 有貫通鋼筋的試件承載力試驗值及各公式計算值kN

圖3 孔洞中有貫穿鋼筋的試件試驗值與公式計算值比較

由表2和圖3可看出:

對國外試件，式(1)均高估了連接件的抗剪承載力，最大偏差為30%。對國內試件，趙文娟試件的式(1)計算值低于試驗值，最大偏差為14%;而薛偉辰試件的式(1)計算值與試驗值相比時大時小，試件Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的式(1)計算值大于試驗值，最大偏差為38%，試件Ⅳ，Ⅴ的式(1)計算值低于試驗值，偏差為6%和5%。

式(2)計算值與各試件的試驗值比較接近，除試件P12和試件Ⅲ偏差較大(分別為21%和44%)外，其余各試件的偏差均在15%以內。由表2中Ahn J H以及薛偉辰的數據可知，當混凝土強度等級增加時，式(2)計算值與試驗值的偏差逐漸減小。由文獻［12］可知，試件Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ除混凝土強度不同外，其他參數均相同，試件Ⅲ的試驗值與公式計算值偏差達44%，這是由于混凝土強度低所致。

式(3)均高估了連接件的抗剪承載力，最大偏差達86%。由前文2.1知:利用式(3)計算孔洞中無貫穿鋼筋連接件的抗剪承載力時，其計算值與各試件試驗值有較高的吻合度，而利用式(3)計算孔洞中有貫穿鋼筋時，式(3)計算值高于各試件試驗值，可以確認式(3)高估了橫向貫穿鋼筋的作用。

只有試件Ⅲ的式(4)計算值大于試驗值，這是因為試件Ⅲ承載力較低，而式(4)存在著常數255.31。其余試件的式(4)計算值均小于各試件試驗值，最大偏差為35%，這是因為Al-Darzi［6］認為橫向鋼筋對連接件的抗剪承載力影響較小，低估了橫向鋼筋對連接件抗剪承載力的貢獻。

式(5)均高估了連接件的抗剪承載力，最大偏差達94%，這是因為胡建華高估了PBL連接件橫向鋼筋的作用。

3 結語

本文比較了國內外學者根據各自所做推出試驗的試驗結果與推導的各種PBL剪力連接件極限承載力計算公式的計算值，以驗證這些計算公式的準確性。發(fā)現由于國內外學者提出計算公式時考慮的因素不同，所以按這些公式計算得出的計算結果差別較大。通過比較可以得出:對有鋼翼緣孔洞中無貫穿鋼筋的PBL剪力連接件，由Verissimo提出的計算公式得到的計算結果與試驗值有較高的吻合度;對有鋼翼緣孔洞中有貫穿鋼筋的PBL剪力連接件，由Medberry提出的計算公式得到的計算結果與試驗值有較高的吻合度。

［1］胡建華，葉梅新，黃瓊.PBL剪力連接件承載力試驗［J］.中國公路學報，2006，19(6):65-72.

［2］宗周紅，車惠民.剪力連接件靜載和疲勞試驗研究［J］.福州大學學報:自然科學版，1999，27(6):61-66.

［3］OGUEJIOFOR E C，HOSAIN M U.Numerical Analysis of Push-out Specimens with Perfobond Rib Connectors［J］. Computers＆Structures，1997，62(4):617-624.

［4］MEDBERRYSB，SHAHROOZBM.PerfobondShear Connector for Composite Construction［J］.AISC Journal，2002 (1):2-12.

［5］VERISSIMO G S.Development of a Shear Connector Plate Gear for Composite Structures of Steel and Concrete and Study Their Behavior［D］.Belo Horizonte:Universidade Federal de Minas Gerais，2007.

［6］AL-DARZI S Y K，CHEN Airong，LIU Yuqing.Finite Element Simulation and Parametric Studies of Perfobond Rib Connector［J］.American Journal of Applied Science，2007，4(3):122-127.

［7］C?NDIDO-MARTINSJPC，COSTA-NEVESLF，VELLASCOPCGS.ExperimentalEvaluationofthe Structural Response of Perfobond Shear Connectors［J］. Engineering Sructure，2010(32):1976-1985.

［8］VIANNA J C，COSTA-NEVES L F，VELLASCO P C G S，et al.Experimental Assessment of Perfobond and T-Perfobond ShearConnectors'StructuralResponse［J］.Journalof Constructional Steel Research，2009(65):408-421.

［9］趙文娟，劉凡，韓偉，等.基于構造參數的開孔板抗剪連接件連接性能的試驗研究［J］.河南城建學院學報，2011，20 (4):7-11.

［10］石宵爽，王清遠，歐陽雯欣，等.PBL剪力連接件粘結滑移性能的靜載推出試驗研究［J］.工程力學，2012，29(1): 168-175.

［11］AHN J H，LEE C G，WON J H，et al.Shear Resistance of the Perfobond-ribShearConnectorDependingonConcrete Strength and Rib Arrangement［J］.Journal of Constructional Steel Research，2010(66):1295-1307.

［12］薛偉辰，代燕，周良.開孔板連接件受剪性能試驗研究［J］.建筑結構學報，2009，30(5):103-111.

Calculation study on shear capacity of PBL-type connector

ZHOU Lisong，HUANG Bingsheng，MA Qianli
(College of Civil Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing Jiangsu 211816，China)

T he calcutation formulas for the bearing capacity of PBL-type shear connectors were put forward based on the previous push-out tests.T he bearing shear capacity of all PBL-type shear connector push-out test specimens with the steel flange were calculated and compared.T he adaptability and accuracy of the different formulas for the bearing shear capacity of PBL-type shear connector was discussed.It indicated that the formula proposed by Verissimo and M edberry respectively can be used to predict the capacity of PBL-type shear connector with perforating bar or without perforating bar.

Composite structure;PBL-type shear connector;Shear capacity;Calculation formula

TU398+.9

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.12

1003-1995(2015)02-0043-04

(責任審編孟慶伶)

2014-03-18;

2014-07-06

江蘇省“六大人才高峰”資助項目(2011-JZ-007)

周立松(1988—)，男，江蘇沭陽人，碩士研究生。