CN101315321A - 准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够准确模拟组合结构受拉区栓钉连接件粘结滑移性能的试验方法。它是将两个推出试件进行组合，在中间预留千斤顶空间，通过球铰进行加载。在剪切面可以方便的布置位移传感器，测得钢梁与混凝土板之间的相对滑移，从而准确模拟组合梁受拉区栓钉的粘结滑移本够关系及其承载能力。具有可以准确模拟于钢梁－混凝土组合结构中梁式构件受拉区栓钉的力学性能，操作方便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程领域，具体是一种准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法。特别适用于钢-混凝土组合结构中梁式构件受拉区栓钉的试验。
背景技术
组合结构(Composite Structures)是指由钢材和混凝土通过粘结、机械咬合或连接件相互连接，并能够共同承担作用的钢-混凝土组合构件或结构。作为一种极富创新空间的结构形式在新世纪里得到了更大的发展。
钢-混凝土组合结构是由钢梁和混凝土板通过剪力连接件组合而成的组合结构，剪力连接件能够使钢梁和混凝土板协同工作，剪力连接件是保证组合作用的关键部件，由于剪力连接件的存在，钢梁和混凝土板应变由各自的平截面分布状态转变为整体截面的平截面分布状态，截面内拉压合力的力臂大大增加，钢梁和混凝土板不再“各自为政，单兵作战”，而是变形协调、共同工作，使得在相同荷载作用下梁的挠度和变形减小，也提高了梁的承载能力，实现了“1+1＞2”的效应。抗剪连接件是保证钢梁于混凝土板共同工作的关键部件，起到传递钢梁与混凝土翼板之间纵向剪力的作用，如其发生变形，将不可避免地导致组合梁界面滑移、刚度下降、挠度增加。
由此可见，组合结构最大的优点就是组合作用，而钢梁和混凝土之所以能够协同工作就是在于其间可靠的连接。混凝土桥面板内预应力束张拉、二期恒载、运营汽车或挂车荷载、组合截面上温差、混凝土桥面板收缩徐变，都会在钢、混凝土桥面板之间界面上产生纵向剪力，该剪力基本上由栓钉连接件承受。为确保钢、混凝土之间无相对滑移或滑移很小，栓钉连接件的设置尤为重要。
而为了准确对组合梁进行设计，须准确了解栓钉连接件粘结滑移关系。对栓钉连接件承载力和滑移规律的试验。
目前普遍采用推出试验的方法，以获得连接件的剪力-滑移关系。这种方法对于负弯矩区(受拉区域)的栓钉的力学性能的判断存在误差。由于连接件的受力性能复杂，目前尚未见到国内外有关连接件受力性能的理论分析方法，一般都是通过试验方法得到。确定连接件性能的试验方法有推出试验和梁式试验两种。试验结果表明，前者较后者得到的承载能力值偏低，国际上都采用推出试验结果作为承载力设计的依据，这是偏与保守的。
欧洲钢结构协会(ECCS)公布被普遍采用标准推出试件。标准推出试验通过量测钢与混凝土之间的相对滑移得到连接件的荷载-滑移曲线，以获得静载下连接件的承载能力和抗剪刚度。
影响推出试件性能的因素很多，比如抗剪连接件的数量，混凝土板的尺寸及钢筋的尺寸，板内钢筋直径，强度与布置方式，基座提供的侧向约束，钢筋与混凝土交界面的粘结情况，混凝土的强度和浇注密实程度等。1981年ECCS公布标准推出试验同时对以下四个方面作出了要求：
(1)将钢梁翼缘顶面涂抹润滑油或采用其它适当方法消除钢梁与混凝土接触面的粘结作用；
(2)试验时混凝土强度等级，必须是设计选用的混凝土强度等级的70％±10％，推出试件应露天养护；
(3)必须检验连接件材料的屈服强度；
(4)试件加载速度必须均匀，达到破坏荷载时的时间不少于15分钟。
我国现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)借鉴了欧洲规范的推出试验方法，对栓钉的性能进行模拟。
现行钢结构设计规范关于栓钉连接键的抗剪承载力计算，对处于连续组合梁的正弯矩与负弯矩区，分别取不同值，即负弯矩区栓钉抗剪承载力取正弯矩区的90％，原因是负弯矩区混凝土受拉开裂，对栓钉的约束程度低于正弯矩区，导致栓钉承载力折减。有学者认为组合梁中的栓钉承载力高于推剪试验结果，原因是组合梁中混凝土的双向受压状态，比推剪试验混凝土的单向受压状态，对栓钉抗剪承载力有利。
组合梁栓钉周围混凝土的状态有多种，随组合梁截面特征不同或弯曲程度不同，栓钉周围混凝土可能受压、受拉、半压半拉。对于受拉区域的栓钉，其粘结滑移性能不能通过推出试验进行准确模拟。
发明内容
本发明的目的是提供一种拉剪试验方法，即准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法，可以准确模拟受拉区栓钉的力学性能。
本发明将两个受拉试件进行组合，在中间用千斤顶进行加载，从而准确模拟混凝土受拉状态下栓钉的性能。
本发明是以如下技术方案实现的：一种准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法，其特征是将两个受拉试件进行组合建立自平衡的试验系统，然后在中间用千斤顶进行加载，进而模拟混凝土受拉状态下栓钉的性能，准确测量栓钉与混凝土之间的粘结滑移量；所述自平衡的试验系统包括：两个水平放置的混凝土翼板和夹在两个混凝土翼板中间的两个间隔有一定距离的两个水平放置的钢梁，在两个钢梁的上下两侧有焊接在钢梁上并预埋在混凝土翼板中的多个栓钉，在钢梁上下两侧沿着剪切面对应于每个栓钉均安装有一个测量栓钉位移的位移传感器；在两个钢梁中间安装有用于给试件加载的千斤顶，千斤顶的一端装在一个钢梁上，另一端通过压力传感器和球铰装在另一个钢梁上。
试验过程中可采用液压千斤顶缓慢连续加载；也可以分级加载，分级加载每个试件加载时间持续2～4h。在试件上布置的压力传感器和位移传感器，自动记录荷载滑移关系数据。另外与数据处理中心各显示终端连接可以根据试验结果实时监测试验过程中的裂缝发展状况以及最终破坏情况。
每个试件存在4个剪切面，在试验初期各个剪切面的荷载-滑移关系接近，随着荷载增加，总是有一个剪切面呈现出滑移量明显大于其它剪切面的情况，这个剪切面一般也是栓钉首先被剪断的破坏面。选择一个剪切面上的实测荷载-滑移曲线。这样就可以真实模拟组合梁受拉区混凝土中栓钉的粘结滑移性能。
本发明的有益效果是：可以准确模拟于钢梁-混凝土组合结构中梁式构件受拉区栓钉的力学性能，操作方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明：
图1是两个受拉试件进行组合建立的自平衡的试验系统示意图；
图2是图1的A-A音面图：
图3和图4是试件裂缝分布情况图。
图5是试验剪切界面破坏的实物照片。
图6是测得的粘结滑移曲线。
具体实施方式
根据现行《钢结构设计规范》和欧洲规范规范规定，采用两组推出试验进行组合，将钢梁和混凝土翼板水平放置，如图1和图2所示：两个受拉试件进行组合建立的自平衡的试验系统的建立：
第一步，将2个规范规定的推出试件进行组合，将两个焊接有栓钉6的钢梁5和混凝土翼板模板水平放置；本实施例中，每个钢梁的上下两侧的三个栓钉均匀分布。为方便安装位移传感器，在沿着剪切面对应于每个栓钉设有传感器挡板8，用于安装位移传感器7；
第二步，浇筑混凝土，此时须注意预埋挡板与翼板的垂直；使栓钉6和传感器挡板8预埋在混凝土翼板4中；
第三步；进行混凝土养护；
第四步；安装中间球铰1、压力传感器2和千斤顶3，形成一个自平衡的试验系统；
第五步；利用混凝土翼板中提前焊接好的传感器挡板8，安装位移传感器7，在每个剪切面上按栓钉位置布置3个位移传感器，用于量测钢梁和混凝土翼板之间的相对滑移；
第六步，进行试验，试验过程中可采用液压千斤顶缓慢连续加载，也可以分级加载，分级加载每个试件加载时间持续2～4h。在试件上布置的压力传感器2和位移传感器7自动记录荷载滑移关系数据。
第七步，每个试件存在4个剪切面，在试验初期各个剪切面的荷载-滑移关系接近，随着荷载增加，总是有一个剪切面呈现出滑移量明显大于其它剪切面的情况，这个剪切面一般也是栓钉首先被剪断的破坏面。如图5所示，选择一个剪切面上的实测荷载-滑移曲线。这样就可以真实模拟组合梁受拉区混凝土中栓钉的粘结滑移性能。
第八步，如图3、图4根据试验结果实时监测试验过程中的裂缝发展状况，以及最终破坏情况见图5。
试验过程中可采用液压千斤顶缓慢连续加载，也可以分级加载，分级加载每个试件加载时间持续2～4h。在试件上布置的压力传感器和位移传感器，自动记录荷载滑移关系数据。另外可以根据试验结果与数据处理和显示系统实时监测试验过程中的裂缝发展状况，见图3、图4，以及最终破坏情况见图5。
每个试件存在4个剪切面，在试验初期各个剪切面的荷载-滑移关系接近，随着荷载增加，总是有一个剪切面呈现出滑移量明显大于其它剪切面的情况，这个剪切面一般也是栓钉首先被剪断的破坏面。选择1个剪切面上的实测荷载-滑移曲线如图6所示。这样就可以真实模拟组合梁受拉区混凝土中栓钉的粘结滑移性能。
Claims (3)
1、一种准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法，其特征是将两个受拉试件进行组合建立自平衡的试验系统，然后在中间用千斤顶进行加载，进而模拟混凝土受拉状态下栓钉的性能，准确测量栓钉与混凝土之间的粘结滑移量；所述自平衡的试验系统包括：两个水平放置的混凝土翼板(4)和夹在两个混凝土翼板(4)中间的两个间隔有一定距离的两个水平放置的钢梁(5)，在两个钢梁的上下两侧有焊接在钢梁上并预埋在混凝土翼板(4)中的多个栓钉(6)，在钢梁上下两侧沿着剪切面对应于每个栓钉(6)均安装有一个测量栓钉位移的位移传感器(7)；在两个钢梁中间安装有用于给试件加载的千斤顶(3)，千斤顶(3)的一端装在一个钢梁上，另一端通过压力传感器(2)和球铰(1)装在另一个钢梁上。
2、根据权利要求1所述的准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法，其特征是多个栓钉(6)沿着剪切面均匀分布在钢梁的两侧。
3、根据权利要求1所述的准确模拟受拉区栓钉粘结滑移性能的试验方法，其特征是加载方式为用千斤顶通过球铰进行自平衡的连续加载或分级加载。
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