钢-混凝土组合结构连接件

1、组合结构剪力连接件钢混凝土组合结构的性能取决于钢和混凝土界面处剪应力的有效传递。组合截面的整体作用的最终承载力和变形发展,单靠自然黏结不足以保证在大荷载时界面处有足够的共同作用,在这时连接件是一个决定因素。试验证明,理想的剪力连接件设计,应当为结构提供完整的组合作用。因此,对组合结构设计使用机械剪力连接件是十分必要的。1 压型钢板与混凝土组合楼板的连接1)采用闭口型槽口的压型钢板,见图 1a。为了增强剪切粘结效应,有时还在压型钢板腹板上开20mm 的孔洞。2)采用开口型槽口压型钢板,在其腹板翼缘上轧制凹凸槽纹作为剪力连接件。槽纹剪力件一般等距分布,它的形式、数量、间距与尺寸对抗剪强度影响很大。

2、这类压型钢板的规格和槽纹形式很多,见图 1b,应用也最广泛。3)采用开口型槽口压型钢板,同时在它的翼缘上另焊附加钢筋,以增强抗剪切粘结能力,见图 1c。直径为6mm,间距为150 mm300 mm 的附加横向钢筋,应焊接在组合板的剪跨区内、压型钢板的翼缘上,每个纵肋翼缘上焊缝长度不小于 50 mm。工程实践中,采用端部锚固也是提高楼板纵向抗剪能力的有效措施,即在组合楼板的端部(包括简支板端部及连续板的各跨端部),焊上带头的抗剪栓钉。栓钉设置在端支座的凹肋处穿透压型钢板,并将栓钉和压型钢板焊于钢梁翼缘上。2 钢与混凝土组合梁抗剪连接件是组合梁设计的关键因素之一。组合梁的连接件可分为栓钉、钢筋和型

3、钢。栓钉和钢筋的连接件如果布置得足够多,可以完全抵抗板中传来的纵向剪力,但是连接件本身的弯曲会使混凝土板与型钢梁之间产生一定的滑移,故称之为柔性连接件;而型钢连接件本身水平刚度大,滑移很小可以忽略,故称之为刚性连接件。若在刚性连接件上加焊斜筋或环筋则,可把组合梁分为完全组合梁和部分组合梁。完全组合梁是指组合梁中配有足够数量的剪切连接件可以完全承担梁截面极限弯矩作用下所产生的纵向剪力;部分组合梁是指剪力连接件所能承担的剪力小于在截面极限弯矩下所产生的纵向剪力。我国的工程实践中多采用栓钉连接,根据大量的实验,认为栓钉主要有两种破坏形式,即栓钉周围混凝土的破坏或栓杆被剪断。因此,钢结构设计规范中规定

4、栓钉的承载力需根据以上两种情况分别计算,并取二者的较小值,而栓钉设置的构造要求也是针对这两种情况制定的。3 剪力连接件的设计3.1 槽钢连接件影响槽钢连接件抗剪承载力的主要因素是混凝土强度、槽钢材料强度和几何尺寸。通常情况,随混凝土标号的提高,槽钢连接件的抗剪承载力相应提高,最后破坏产生于混凝土。但当混凝土强度等级增大到一定程度,槽钢连接件抗剪力不再随混凝土强度等级的提高而增加,最后破坏产生于槽钢。当增大槽钢翼缘厚度时,将会增大连接件根部混凝土的有效承压面积,从而提高抗剪能力;当增加槽钢腹板厚度时,会增加腹板抗弯刚度和抗拉能力,从而提高抗剪承载力;当增大腹板高度时,有利于腹板抗拉强度提高,从而

5、提高槽钢抗掀起和抗剪能力。槽钢连接件计算公式如下N 0.26( t 0.5t )l E fSwccc式中为槽钢连接件的承载力(kN);为槽钢腹板厚度(mm); 为槽钢翼缘平均厚度t tNSw(mm); 为槽钢剪力连接件长度(mm); 为混凝土 28 d 抗压强度(N/mm2); 为混凝土的Elfccc2弹性模量(N/mm )。3.2 角钢连接件影响角钢连接件抗剪承载力的因素与槽钢基本类似,在计算中与槽钢相比,仅不计槽钢翼缘尺寸,其承载力计算公式如下N 0.26(0 0.5t )l E fSwccc公式中符号意义同槽钢连接件。3.3 栓钉连接件(1)连接件本身受拉破坏。一般发生在混凝土标号较高的

6、时候,其承载力与混凝土标号无关,仅取决于连接件的型号及材料性质。(2)连接件附近的混凝土破坏。栓钉前的根部混凝土会出现局部受压破坏或劈裂破坏。如果栓钉埋深不足,当拔出栓钉时,会带出一些混凝土块,这时,连接件的承载力将取决于混凝,栓钉越长,其承载力越大,其直径越大,承载力也越大，但不应超过被焊钢梁上翼缘厚度的 2.5 4 时,承载力增加有限,当栓钉长度与直径之比等于 4 ,其栓钉连接件承载力可用下式表示N0.43 A E fSScc式中为个栓钉连接件的承载力(kN);As 为栓钉直径截面面积(mm2);为混凝土抗fNSc压设计强度(N/mm );为混凝土的弹性模量(N/mm )。22Ec4 连接

7、件的构造4.1 一般要求无论何种连接件,其连接件顶端离开钢筋混凝土板顶面25 mm;连接件的前后布置最大间距600 mm,或不大于混凝土板厚度的3 倍;连接件的外侧面到钢梁上翼缘外侧纵向边界的水平距离25 mm;应保证浇捣混凝土的密实性,保证连接件周围的混凝土有效地抵抗所产生的拉应力;连接件外侧面到钢筋混凝土上翼缘板外侧边100 mm;钢梁顶面不得涂油漆,在浇捣上翼缘混凝土之前,;在悬挑结构中,悬臂端在接近混凝土板的自由边缘处,应设置足够的横向及纵向钢筋保证把纵向剪力传递到板中,连接件总高度(包括连接件端部的环或钩)100 mm,混凝土板厚减去 25 mm,取其较大值。4.2 栓钉连接件(1)栓钉连接件的长度4d(d 为栓钉直径),沿钢梁跨度方向的间距垂直于梁跨度方向的间距4d。(2)栓钉顶部下表面应比混凝土翼板底部钢筋高出 30 mm。(3)栓钉顶面的混凝土保护层厚度25 mm,栓钉连接件直径外侧面到钢梁上翼缘外侧边的距离50 mm,到混凝土板托侧边的距离40 mm,到混凝土翼板外侧边的距离100 mm。(4)当栓钉的焊接位置不直接对准钢梁腹板时,特别是上翼缘承受拉应力,此时栓钉直径应不大于钢梁翼缘厚度的 1.5 ,否则栓钉直径不应大于钢梁