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钢-混凝土组合梁抗剪连接件承载力计算研究张鹏飞【摘要】介绍了钢-混凝土组合梁中常见剪力连接件的分类,讲述和分析了目前国内外钢-混凝土组合梁各种剪力连接件的结构特点,特别重点介绍了本模型试验剪力连接件个数的计算,以期指导工程实践.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)016【总页数】2页(P54-55)【关键词】钢-混凝土组合梁;模型试验;连接件【作者】张鹏飞【作者单位】天津铁道职业技术学院,天津,300240【正文语种】中文【中图分类】TU3121 概述钢—混凝土组合梁是一种重要的横向承重组合构件，通过抗剪连接件将钢梁和混凝土板组合成整体共同受力，从而能够充分发挥钢材抗拉、混凝土抗压性能好的优点。
而抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起工作的关键部件，起到了传递混凝土与钢梁之间纵向剪力的作用，同时还能抵抗使两者分离的掀起作用。
2 剪力连接件的分类及特点剪力连接件可分为刚性连接件和柔性连接件两大类。
刚性连接件包括方钢连接件、U形连接件、T形连接件和马蹄形连接件;而圆柱头栓钉、摩擦型高强螺栓、锚型连接件、L形连接件以及角钢则属于柔性连接件。
刚性连接件在传递交界面的剪力时不能变形，而柔性剪力连接件在传递交界面的剪力时具有很好的变形能力，这有利于交界面连接件之间的剪力重分布，为剪力连接件的简化设计和施工奠定了基础，也就是说在设计剪力连接时，可以不按照剪力图形布置连接件，而可以简单地沿整个梁长或分段均匀布置。
这两类连接件除了在刚性(每单位滑移的荷载量)方面有明显的不同外，在破坏形态方面也有所不同，刚性连接件易于在周围混凝土中引起较高的应力集中，使混凝土压碎或剪切破坏，甚至焊接破坏;柔性连接件的破坏形态则较为协调一致，很少突然破坏。
故从结构的安全角度出发，应该偏向于使用柔性连接件。
所以目前国内设计规范推荐并得到大量实际应用的钢—混凝土组合梁用剪切连接件有圆柱头栓钉连接件、槽钢连接件和弯起钢筋连接件三种(见图1)。
钢-混组合梁剪力连接件抗剪性能研究
摘要
钢-混组合梁剪力连接件在建筑结构中广泛应用，其剪力连接
件的抗剪性能对于保障结构的安全稳定性具有重要意义。
本文通过实验研究了不同类型的剪力连接件在不同剪跨比下的抗剪性能，探讨了钢-混组合梁剪力连接件的力学性能，总结了影
响其抗剪性能的主要因素，提出了相应的加强措施，为钢-混
组合梁的设计提供了参考和指导。
第一章引言
介绍钢-混组合梁的发展背景、研究意义以及国内外研究现状，并对本文的研究目的和内容进行概述。
第二章剪力连接件的分类和性能
介绍钢-混组合梁剪力连接件的常用分类方法和基本要求，分
析了不同类型的剪力连接件的力学性能，归纳出其抗剪性能的主要影响因素，并对影响因素进行分析和总结。
第三章实验方案和结果分析
设计和制作了七组不同类型的剪力连接件，在单跨梁和双跨梁的试件上进行了试验，得出了各组试件的抗剪承载力和破坏模式，分析了不同类型的剪力连接件在不同剪跨比下的力学性能，结合试验结果探讨了其抗剪性能的影响因素和提高措施。
第四章结果和讨论
比较和分析了各组试验结果和现行规范规定，指出了一些存在问题和改进方法，探讨了提高钢-混组合梁剪力连接件抗剪性能的技术路线，提出了优化结构和材料选型的建议。
第五章结论
在总结前文研究和结果基础上，提出了论文的结论，简要阐述了钢-混组合梁剪力连接件抗剪性能的影响因素和提高措施，以及今后的研究方向和展望。
关键词：钢-混组合梁，剪力连接件，抗剪性能，影响因素，提高措施。
钢混结合梁结合部设计摘要：钢混结合梁跨越能力强，有较强的竞争力，在大跨度桥梁工程中正得到越来越广泛的应用。
钢混结合梁结合部是钢结构和混凝土结构梁体之间的连接节点，合理的刚度过渡设计是保证梁体内力顺畅传递的关键所在。
本文结合深圳华为荔枝园员工宿舍项目人行天桥工程，介绍了结合梁结构在人行天桥中的应用, 并对钢混结合梁结合部的细部设计及施工方法进行了一些探讨。
关键词：工程概况、结合部、结构、设计钢混结合梁结构是指梁结构沿梁的长度方向由两种不同材料组成, 主跨梁体为钢结构梁,边跨( 或伸入主跨一部分)的梁体为混凝土或预应力混凝土梁。
结合梁桥由于其主跨采用钢梁,所以具有跨越能力大的优点；而边跨采用混凝土梁,从而起到了很好的锚固作用且兼有可降低建桥成本的特点。
但是钢结构梁和混凝土结构梁的刚度差别较大, 连接部位容易出现应力集中、折角等构造上的弱点。
因此钢混结合梁结合部的处理在结合梁桥梁的设计和施工中尤为重要。
一、工程概况华为荔枝园员工宿舍天桥项目位于深圳龙岗坂雪岗工业区，横跨环城东路，仅为华为员工往来两地块间使用，原则上不考虑社会人流的穿行。
天桥桥跨布置为（5.17+24+64+22+3.37）m，总长度118.54m，为三跨连续梁，两端分别悬出5.17m和3.37m。
从桥梁景观方面考虑，天桥中跨采用64m大跨，主跨桥墩采用大体量椭圆形桥墩，其中，1号墩设置长悬臂斜塔和装饰性斜拉索。
天桥桥型立面图如下所示：天桥桥型立面图（单位：mm）二、桥梁设计特点为满足业主对于桥梁造型方面的要求，斜塔倾斜方向与拉索拉力方向相同，所以，即便斜拉索只是拉力很小的装饰索，但索塔根部仍然在自重和拉索拉力的共同作用下产生了巨大弯矩，斜塔受力更接近悬臂梁。
桥跨布置比例也并不协调，边中跨比仅约0.3。
桥梁极限状态设计基本组合弯矩包络图（kN.m）由于上述原因，桥梁结构方案设计将斜拉塔和中跨跨中段主梁设计成钢箱梁，塔座和边跨主梁则采用预应力钢筋混凝土结构。
钢-混凝土组合结构设计理论及应用摘要：本文对钢—混凝土组合结构及其设计基本要求进行阐述,从理论层面具体分析了钢-混凝土组合结构设计中特别需要注重的问题，并以某工程为例从节点设计角度探讨了钢-混凝土组合结构设计的应用。
关键词：钢-混凝土组合结构；设计；应用；节点设计Abstract: in this paper, the steel - concrete composite structure and elaborates the design basic requirements, specific analysis from theoretical aspects in the design of the steel - concrete composite structure special need to pay attention to the problem, taking a project as an example from the node design Angle discusses the application of steel - concrete composite structure design.Keywords: steel - concrete composite structure; Design; Applications; Node design一、钢-混凝土组合结构及其设计的基本要求 由两种或两种以上性质不同的材料组合成整体，共同受力、协调变形的结构，称其为组合结构。
钢-混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构，是专指型钢或用钢板焊接成的钢骨架，与混凝土形成一体的结构，是继传统的木结构、砌体结构、钢结构和钢筋混凝土结构之后的第5大结构体系。
这种组合结构体系，主要有压型钢板组合板、组合梁、型钢混凝土、钢管混凝土和外包钢混凝土等5种类型。
pkpm中钢梁和混凝土柱的连接方法摘要：一、引言二、PKPM软件介绍三、钢梁与混凝土柱连接方法分类1.刚性连接2.弹性连接3.半刚性连接四、连接件的选择与设计五、连接件的施工与验收六、结论正文：一、引言在我国的建筑工程中，钢结构与混凝土结构的组合应用越来越广泛。
钢梁与混凝土柱的连接作为钢结构体系中的重要环节，其连接方法的选择及设计直接影响到整个结构的安全、稳定与耐久性。
本文将针对PKPM软件中的钢梁与混凝土柱连接方法进行详细介绍。
二、PKPM软件介绍PKPM（Performance-Based seismic design of steel structures）是一款高性能的钢结构设计软件，广泛应用于我国建筑、桥梁、机械等领域。
PKPM软件内置了丰富的钢梁与混凝土柱连接方法，为设计师提供了便捷的设三、钢梁与混凝土柱连接方法分类1.刚性连接：刚性连接是指连接件在受力过程中，能够使钢梁与混凝土柱之间保持无缝隙，传递剪力、弯矩和轴力。
刚性连接具有良好的抗弯、抗剪性能，适用于受力较大的结构。
2.弹性连接：弹性连接是指连接件在受力过程中，允许钢梁与混凝土柱之间产生一定的相对位移，具有较好的延性和耗能能力。
弹性连接适用于抗震设防区域的钢结构。
3.半刚性连接：半刚性连接是指连接件在受力过程中，钢梁与混凝土柱之间产生一定程度的相对位移，但在设计范围内能保证连接的稳定。
半刚性连接适用于一般区域的钢结构。
四、连接件的选择与设计在选择连接件时，应根据结构受力特点、抗震设防要求、施工条件等因素进行综合考虑。
设计时应注意连接件的强度、刚度和稳定性，以及与钢梁、混凝土柱的匹配性。
五、连接件的施工与验收连接件的施工应严格按照设计图纸和相关规范进行，确保连接件与钢梁、混凝土柱的准确安装。
施工过程中，应对连接件的质量和安装位置进行全程监控。
连接件的验收应包括外观检查、尺寸测量、连接紧固度等内容。
六、结论钢梁与混凝土柱的连接方法是钢结构设计中的重要环节。
钢-混凝土组合结构的设计与应用钢-混凝土组合结构因其结合了钢材和混凝土两种材料的优点，在现代建筑工程中得到了广泛应用。
钢材具有高强度、轻质和良好的抗拉性能，而混凝土具有良好的抗压性能和耐久性。
钢-混凝土组合结构通过将钢材和混凝土合理结合，提高结构的整体性能和经济性。
本文将探讨钢-混凝土组合结构的设计原则、应用方法及其在实际工程中的应用。
首先，钢-混凝土组合结构的设计需要综合考虑钢材和混凝土的材料特性和受力特点。
常见的组合结构形式包括组合梁、组合柱和组合楼板等。
组合梁通过在钢梁上浇筑混凝土板，形成整体受力构件，提高结构的抗弯和抗剪能力；组合柱通过在钢管或型钢内浇筑混凝土，增强柱的承载能力和稳定性；组合楼板通过在钢梁和混凝土板之间设置剪力连接件，实现钢材和混凝土的共同受力，提高楼板的整体刚度和承载能力。
在组合结构的设计中，剪力连接件是确保钢材和混凝土共同受力的关键。
剪力连接件通过提供剪力传递路径，保证钢材和混凝土之间的协调变形和受力。
例如，常用的剪力连接件包括剪力钉、剪力键和栓钉等，这些连接件通过焊接或螺栓连接在钢梁和混凝土之间，提供可靠的剪力传递和受力性能。
在施工过程中，钢-混凝土组合结构的质量控制是确保结构性能和安全性的关键。
钢材和混凝土的施工质量直接关系到组合结构的整体性能和耐久性。
例如，钢材的制造和安装需要严格控制，以确保钢构件的尺寸精度和连接质量。
钢梁和钢柱的焊接和螺栓连接必须符合设计要求，确保接头的强度和稳定性。
混凝土的浇筑和养护质量对组合结构的性能也有重要影响。
通过采用高性能混凝土和科学的养护措施，可以提高混凝土的强度和耐久性，确保组合结构的长期稳定和安全。
在实际应用中，钢-混凝土组合结构已经在多个工程项目中取得了显著成效。
例如，上海的东方明珠广播电视塔通过采用钢-混凝土组合柱和组合梁结构，实现了建筑物的高强度和高稳定性，成为现代建筑工程的杰出代表；英国的伦敦塔桥通过采用组合梁和组合楼板结构，提高了桥梁的承载能力和耐久性，确保了桥梁的安全性和使用寿命。
钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件摘要本文简单介绍了钢—混凝土组合梁结构组合作用的机理，列举了抗剪连接件的分类，介绍了抗剪连接的试验方法和破坏形态以及一般的构造要求，着重介绍了栓钉连接的特点，受力分析并列举了诸多国家规范中规定的栓钉承载力计算和设计方法，并介绍其构造要求，最后简单介绍两种较为新型的抗剪连接件。
关键字：钢—混凝土组合梁；抗剪连接件；栓钉；抗剪承载力1．绪论钢—混凝土组合结构是指由钢和混凝土两种材料组成，在荷载作用下具有整体作用，在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。
其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构（组合结构）。
它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的构件：在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉。
它充分发挥钢材和混凝土二种材料的优点：同混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，减轻地震作用；同钢结构相比，可以减少用钢量，降低结构造价，增加结构的稳定性，增强结构的防火性和耐久性。
故因其兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、造价低的优点，虽然在我国发展起步较晚，但近几年来取得了不少成就，在多层工业厂房、高层建筑、桥梁结构等方面都已经得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
钢—混凝土组合构件目前的主要形式有：钢—混凝土组合梁、型钢混凝土组合结构、钢管混凝土组合结构、外包钢混凝土结构及压型钢板混凝土组合楼板等。
当然，随着建筑材料、设计理论和设计方法的不断发展，也出现了钢-混凝土组合框架结构、框架-核心筒混合结构等一系列新型的结构形式。
然而，在组合结构中抗剪连接是一个重要特征，抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起共同工作的关键部件。
故本文将在钢—混凝土组合梁中的抗剪连接方面进行一些探讨。
2．钢-混凝土组合梁中的抗剪连接2.1 组合结构的组合作用组合结构的优越性在于结合了混凝土和钢材两种材料的的良好性能，充分利用材料和截面特性。
两种材料的共同作用的机理，是由粘结力、抗剪连接件、及钢材对混凝土的约束作用实现的。
压型钢板混凝土组合结构的共同作用主要依靠钢板上压制的齿槽、穿过压型钢板焊在钢梁上的抗剪连接件的作用；型钢混凝土组合结构的共同作用主要依靠箍筋的约束作用，有时也设置抗剪连接件；钢管混凝土组合结构的共同作用主要依靠钢管与混凝土的相互约束及层间隔板等。
在钢—混凝土组合梁中，两钟材料的组合作用大小是由其关键部位——抗剪连接件决定的。
其主要作用是：（1）抵抗和限制钢与混凝土板间的相对滑移（掀起作用），使结构在受力后，整个截面仍符合或近似符合平截面假定。
这样才能得要一个有效的组合截面，充分利用钢梁的抗拉能力和混凝土板的抗压能力，并且增大抗弯刚度。
（2）承受并传递钢梁与混凝土翼板交界面的纵向剪力。
2.2 抗剪连接件分类抗剪连接件按连接作用机理可分为：粘结型、胶结型、摩擦型、连接型（机械连接）。
其中粘结型连接又可分为自然粘接和化学粘接；机械连接又可分为栓钉、型钢和钢筋三种。
按连接形式可分为：钢筋连接件（图1）、型钢连接件（图2）、高强螺栓连接件、圆柱头焊钉连接件、开孔钢板连接件（PBL）、钢与有机材料组合连接件等。
图1 几种常见的钢筋连接件图2 几种常见的型钢连接件按变形能力可分为：刚性连接、弹性连接、柔性连接、刚度滞后型连接。
刚性连接件包括方钢、马蹄形钢、T形钢等连接件；弹性连接件包括钢筋连接件、焊钉连接件；柔性连接件包括圆柱头栓钉、弯筋、锚环、L 型钢、槽钢以及角钢等。
2.3抗剪连接件的试验方法及破坏形态2.3.1 试验方法抗剪连接件常见的试验方法有两种：推出试验和梁式试验。
前者较为简单实用，目前，国际上以其作为连接件标准试验；后者较为复杂，但其能较好地反映连接件在组合梁中的受力变形性能。
推出试验是将一段工字钢与两块混凝土板通过焊接在工字钢上的抗剪连接件连接在一起，然后对工字钢的一端施加荷载，使埋在混凝土板内的连接件受到剪切作用，通过量测钢与混凝土板间的相对位移获得抗剪连接件的荷载－滑移曲线，以获得静载下连接件的承载能力和抗剪刚度。
梁式试验是指对简支组合梁施加两点对称荷载，在荷载作用下钢梁与混凝土板接触面上水平受剪，纵向剪力随外荷载的增加而增加，直至破坏。
图4 梁式试验示意图2.3.2 破坏形态试验研究表明，根据连接件与其周围混凝土的相互关系，破坏形态分为两种：（1）连接件受剪破坏，一般在混凝土强度等级较高时发生。
破坏呈一定的脆性，其抗剪承载力与混凝土无关，仅与剪力连接件的类型和材质有关。
（2）连接件附近混凝土破坏，一般表现为栓钉前方根部混凝土局部破碎或劈裂、槽钢连接件混凝土板劈裂等等。
一般的刚性连接件，因刚度较大，在在纵向剪力作用下混凝土传给连接件的压应力均匀分布，在保证钢梁与连接件焊接强度的前提下，连接件的承载力极限状态是以连接件之间的混凝土的剪切破坏或连接件前混凝土的局压破坏为标志的。
一般的柔性连接件，由于抗弯刚度相对较小，在纵向剪力作用下发生变形，混凝土产生不均匀压应力，靠近连接件根部的混凝土发生剪压破坏。
图表 3推出试验示意图图3 推出试验示意图2.4 抗剪连接件的一般要求。
在组合梁中，一般要求如下：（1）连接件的抗掀起力作用面高出翼缘板底部钢筋顶面不小于30mm；（2）当设置板托时，板托中横向钢筋距连接件顶面位置应不小于40mm；（3）连接件上部混凝土保护层厚度不小于15mm，以防止栓钉被拉出或被腐蚀；（4）连接件的纵向间距不应大于600mm或混凝土翼缘板（托板）厚度的4倍，以控制连接件间的掀起力和避免混凝土板过大的应力集中；（5）连接件外侧边缘至钢梁翼缘边缘之间的距离不应小于20mm，当有托座时不应小于40mm；至混凝土翼板边缘间的距离不应小于100mm，以确保端部锚固良好。
3．栓钉连接3.1 栓钉抗剪连接件的特点刚性连接件由于在传递剪力时不能变形，通常用于不考虑剪力重分布的结构，其破坏形式多为连接件周围混凝土被压碎或发生剪切，甚至在连接件与钢梁焊接处发生破坏；柔性剪力连接件具有很好的变形能力，这有利于组合梁内的剪力重分布，使剪力连接件可以简单地沿整个梁长或分段均匀布置，便于剪力连接件的简化设计和施工操作。
故目前国内设计规范推荐并得到大量实际应用的钢一混凝土组合梁剪切连接件有栓钉连接件、槽钢连接件和弯起钢筋连接件三种。
其中栓钉连接件因其有如下优点：（1）受力性能好。
栓钉连接件各向同性，沿任意方向的强度和刚度相同；（2）工艺简单。
制造栓钉连接件不需要大型轧制设备，适合工业化生产；（3）便于施工。
栓钉连接件对混凝土板中钢筋布置的影响较小，施工方便，可靠性高。
（4）其大圆头起到限制混凝土构件和钢构件之间分离的作用。
故栓钉连接件已成为目前国内外应用最广泛的剪力连接件形式。
3.2 栓钉受力分析组合梁中的栓钉连接件主要承受侧压力，一般情况下掀起作用在栓钉中产生的拉力很小，可以忽略不计，栓钉承载力可按纯剪受力模型计算；当其所受拉力不可忽略时，需按拉、剪组合作用计算。
实际上，栓钉上会产生拉力是因为混凝土是由骨料和水泥浆结合的粒状体组成，混凝土板受压时，伴随着剪切变形，导致栓钉承受拉力。
当栓钉的抗剪强度比混凝土的抗压强度大是（大致当混凝土强度立方体抗压强度f cu<35N mm2时），栓钉周边混凝土的承压和剪切达到极限状态时产生破坏，单根栓钉的受剪承载力与栓钉截面积、混凝土轴心抗压强度f c和弹性模量E c有关；当栓钉的抗剪强度比混凝土的抗压强度小时（大致当混凝土强度f cu≥35N mm2时），栓钉的最大受剪承载力取决于栓钉的抗剪能力。
3.3 栓钉连接件的设计计算方法3.3.1单个栓钉抗剪承载力计算经过人们的大量实验与研究，各国规范对栓钉的承载力都已有了明确的规定。
（1）欧洲规范栓钉抗剪承载力计算公式为下面两者的最小值：V u=0.29αd2 E c f ckγvV u=0.8A s f ukγv式中：α为栓钉长度影响系数；d为栓钉直径（mm）；h为栓钉高度（mm），ℎ≥3d；f ck为混凝土圆柱体标准抗压强度（MPa）；f uk为栓钉的标准抗拉强度；γv为分项安全系数，一般取为1.25。
其中，当3≤ℎd≤4时，α=0.2（ℎd+1）≤1.0；当ℎd>4时，α=1.0。
（2）美国规范在2005年颁布美国组合结构新规范中，对剪力连接件的承载能力作了最新规定为：V u=0.5A s E c f c′≤A s f u式中，V u为栓钉抗剪承载力设计值（N）；A s为栓钉截面积（mm2）；E c为混凝土弹性模量（MPa）；f c′为混凝土圆柱体抗压强度（MPa）；f u为栓钉的极限抗拉强度（MPa）。
（3）加拿大规范加拿大《钢结构设计规范》的栓钉抗剪承载力计算公式为：V u=0.5φsc A s E c f c′≤φsc A s f u式中，φsc为承载力系数，取0.8，其余符号意义同上。
（4）英国规范英国规范规定的承载力设计值需先查表1得栓钉承载力标准值Q k，则设计值为Q d=0.8Q k。
同时，表1也说明了栓钉承载力与栓钉尺寸（栓钉直径、高度、焊接高度）及混凝土强度有关。
表 1 栓钉连接件的承载力标准值（5）中国规范我国GBJ17—88钢结构设计规范中首次引进组合梁的设计内容，其中对栓钉承载力给出了规定。
在现行的2003年的规范中，又近一步作了改进，给出栓钉承载力公式为：V u=0.43A s E c f c≤0.7A sγf式中，γ为栓钉材料抗拉强度最小值与屈服值之比；f为栓钉抗拉强度设计值（MPa）。
与前面几个国家的规范相比，中国的规范相对而言是偏于保守的。
3.3.2栓钉数量计算设计时，按照底部钢板屈服时的拉力确定剪跨段内需要的栓钉数量n f，并按完全抗剪连接设计。
则计算式如下：n f=A sp f spv/V u式中，A sp f spv分别为钢板的截面面积和屈服强度，V u为单个栓钉极限抗剪承载力。
3.4栓钉连接构造要求栓钉连接件除应满足上述统一要求外还应符下列规定：（1）栓钉采用自动栓钉焊接机焊接于钢梁翼缘上，各个方向具有相同的强度与刚度，为了保证钢板可靠地焊接并传递连接件与钢板之间的荷载，栓钉杆直径与钢梁上翼缘厚度间应符合以下规定：当栓钉位置不正对钢梁腹板时，如钢梁上翼承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的1.5倍；如钢梁上翼缘不承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的2.5倍，（2）栓钉长度不应小于其杆径的４倍，以确保最有效地利用钢材，因为当栓钉长度与直径之比超过４后，承载力增加极为有限，且栓钉长度较小时，承载力低，并可能发生栓钉拔出破坏。
（3）栓钉沿梁轴线方向的间距不应小于杆径的６倍，垂直于梁轴线方向的间距不应小于杆径的４倍，以控制连接件间的掀起力和避免混凝土板过大的应力集中。
