CN107642170A - 抗剪‑不抗拔的摩擦型剪力连接件及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗剪‑不抗拔的摩擦型剪力连接件及其施工方法，该剪力连接件包括剪力连接件主体和高强度螺栓组件所述剪力连接件主体为角钢，其中一个翼缘边上设有若干个与所述高强度螺栓组件配合的螺栓孔，所述连接件主体通过高强度螺栓组件与所述主梁连接。本发明改善了传统的剪力连接件的传力模式，合理利用剪力连接件和板件间的界面摩擦力，并对高强度螺栓进行合理设计，可以实时监测和控制螺栓的剪切力，且工厂预制程度高，现场进行螺栓拼接，节约劳动成本。该连接件不设置嵌固端，具有“抗剪”不“抗拔”的作用。

Description

抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件及其施工方法

技术领域

本发明涉及剪力连接件及其施工方法，特别是涉及一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件及其施工方法。

背景技术

在钢-混凝土组合结构中，剪力连接件是保证钢和混凝土共同工作的关键元件，栓钉与型钢剪力连接件是目前广泛采用的连接件形式，这两种连接件的主要作用是抵抗钢与混凝土之间的剪力和掀起(分离)，是一种“抗剪”与“抗拔”连接，限制了钢与混凝土间的滑移。

“抗剪”与“抗拔”连接可发挥传统钢-混凝土组合结构正弯矩区的组合作用，提高承载力和刚度。对于组合结构的负弯矩区，混凝土部分可能产生拉应力，“抗剪”与“抗拔”连接约束了混凝土与钢的滑移，容易导致混凝土的开裂，而实际工程对于混凝土开裂有着较为严格的限制。虽然可采取施加预应力等措施控制裂缝，但是该方法施工较为复杂，且钢梁通过组合作用吸收了部分预应力，降低了预应力导入度。因此，避免组合结构的混凝土开裂，保证两者间的组合效应是实际土木工程中的关键问题。针对此问题，有技术人员提出了一种“抗拔”不“抗剪”剪力连接件，其设计在传统的剪力连接件基础上，在螺杆周围嵌套低模量材料，如泡沫塑料、EVA泡棉或橡胶等，保留了传统的剪力连接件抗拔作用而取消其抗剪作用，使钢-混凝土界面可产生自由滑动，有效释放了混凝土内力。

随着土木工程的发展，钢与混凝土预制装配式结构和构件由于其工厂化程度高、现场操作简便和施工周期短等优势越来越吸引人们的注意。预制装配式结构或构件在使用过程中方便拆除，可随时更换是其结构特点，而传统的栓钉剪力连接件的“抗拔”墩头或者型钢剪力连接件的翼缘板咬合于混凝土中，这对于预制装配式组合结构的混凝土板与型钢在安装过程中极其困难，同时也给拆卸回收带来了极大的工作量。

尤其在建筑结构中，钢与混凝土间不会产生过大的掀起力，依靠结构自身的上部荷载压重就可满足两者的界面紧密贴合，最关键的问题在于界面剪力。由于混凝土和钢的变形不协调或者外荷载、外界作用的影响，其界面间常会产生较大剪力，需布置剪力连接件完成界面间的内力传递，以保证组合作用。但在负弯矩区、局部应力集中区以及过渡区等，钢与混凝土间的组合作用会使组合构件处于混凝土受拉、钢受压的不利状态。

此外，收缩徐变以及温度效应等产生的混凝土中的拉应力由于传统剪力连接件的约束而得不到有效释放，对组合结构体系的使用性能、长期性能和耐久性产生不利影响。这是由两方面原因造成的：1.传统的剪力连接件以“抗”为主，不能在传递剪力的同时随着混凝土的变形而变形或滑动；2.传统的剪力连接件的墩头或翼缘边与混凝土的嵌固作用太强，使混凝土内力无法释放。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种“抗剪”不“抗拔”，合理利用剪力连接件和板件间的界面摩擦力，同时抗剪刚度和抗剪承载力可控的摩擦型剪力连接件及其施工方法。

技术方案：一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，包括剪力连接件主体，以及用于将剪力连接件主体固定连接在主梁上的摩擦型高强度螺栓；所述摩擦型高强度螺栓包括至少设置有一段螺纹部的螺杆段，与所述螺杆段螺接的第一螺母和第二螺母，套设在螺杆段上且位于第一螺母与第二螺母之间的半导体弹簧，套接在半导体弹簧外周的套筒，设置在第一螺母或第二螺母一侧并可与欧姆表连接的正负极金属片，以及电连接正负极金属片与半导体弹簧两端的导线；

第一螺母或第二螺母的一侧设置有用于和半导体弹簧末端卡接的卡槽或与用于和套筒一端连接的嵌槽，第一螺母和第二螺母的相对距离改变时，半导体弹簧被拉伸或压缩；

所述剪力连接件主体为角钢或无墩头栓钉连接件。

所述套筒和/或半导体弹簧的外侧套接有橡胶环。

所述螺杆端沿其纵向分为多个区域，不同区域的颜色不同。

另一实施例中，一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，包括剪力连接件主体、高强度螺栓组件以及用于安装该剪力连接件主体的主梁；所述剪力连接件主体为角钢，主梁上按所需的抗剪要求每隔预定距离安装连接件主体，所述连接件主体通过高强度螺栓组件与所述主梁连接。

所述高强度螺栓组件包括螺帽、螺纹段、螺母、外套筒和半导体弹簧，所述螺帽的顶面设有卡槽；螺母、外套筒和半导体弹簧通过预设方式依次连接形成一个整体，且螺母、外套筒和半导体弹簧三者同轴；螺帽从螺纹段的一端旋进，半导体弹簧、外套筒和螺母从螺纹段的另一端套入，半导体弹簧与螺帽顶面的卡槽卡合连接，螺母与螺纹段之间螺接；

所述螺纹段设有不同的预拉力分区标识，以螺母旋进的一端开始依次设有螺纹区域0、螺纹区域1、螺纹区域2、螺纹区域3和螺纹区域4；以螺母的上端面作为指示面，当半导体弹簧嵌于卡槽中，此时半导体弹簧处于自然状态；当螺母上端面处于螺纹区域0与螺纹区域1的交界面或者螺纹区域0时，此时剪力连接件和梁或板间未夹紧，螺栓的预拉力为0kN；当螺母的上端面分别处于螺纹区域1至螺纹区域4时，对应的螺栓预拉力范围分别为0-5kN，5-10kN，10-15kN和15-20kN，旋转螺母改变螺母上端面在螺纹段的分区，以改变预拉力和界面摩擦力，实现抗剪承载力和刚度的初步控制。

所述螺帽的底面开有十字孔，并设置有第一金属片和第二金属片，螺帽顶面的卡槽一端设有连接头；当半导体弹簧卡合到卡槽上时，其与螺帽通过卡槽和连接头形成内置电路，且半导体弹簧的一端通过连接头与第一金属片或第二金属片连接，半导体弹簧的另一端通过导线与第二金属片或第一金属片连接；测得第一金属片和第二金属片之间的电阻，即半导体弹簧的电阻值，进一步得到所述高强度螺栓组件的预拉力，而后依据电阻改变螺母松紧程度实现抗剪承载力和刚度的精确控制。

所述摩擦型剪力连接件还包括设置于高强度螺栓组件与主梁螺纹孔间的橡胶环。

与所述高强度螺栓组件配合的螺栓孔为长螺栓孔或圆螺栓孔。

所述连接件主体为Q345热轧型钢，所述螺纹段为8.8级M20型螺栓，所述用于安装该剪力连接件的主梁为H型钢主梁。

一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件的施工方法，该方法所用的摩擦型剪力连接件为上述的摩擦型剪力连接件，该施工方法包括以下步骤：

(1)对所述摩擦型剪力连接件进行工厂预制

根据施工现场所需的尺寸、抗剪效果以及为达到的目标，加工所述摩擦型剪力连接件；

(2)施工现场拼装所述摩擦型剪力连接件与需要设置所述摩擦型剪力连接件的主梁或板；

(3)使用过程中根据组合构件的状态实时调整高强度螺栓的预拉力；

所述步骤(1)包括：

(11)构件设计制造

根据设计要求对需设剪力连接件的主梁的相应位置进行打孔，根据现场所需尺寸和抗剪效果设计要求对摩擦型剪力连接件的个构件进行制造和加工，根据预达到的抗剪承载力、刚度和性能对高强度螺栓组件的预拉力进行设计，然后根据工厂预制流程图对高强度螺栓组件与连接件主体试样生产；

(12)构件预拼装

在出厂前应对构件进行预拼装，将螺母、外套筒和半导体弹簧依次同轴设置并通过焊接方式形成整体，调整开孔尺寸和变形，检测半导体弹簧所在电路的通闭状态，测量半导体弹簧的电阻与螺母所在的分区及预拉力是否对应；预拼装合格后，进行产品的量化生产；

所述步骤(2)包括：

(21)将连接件主体与梁或板的长螺栓孔对齐，用高强度螺栓组件进行拼装，通过高强度螺栓组件对板件间的夹紧力形成的界面摩擦力抗剪；

(22)在安装过程中，用扳手旋拧高强度螺栓组件的螺母，按设计要求将螺母旋到相应大小的预拉力区域，而后用欧姆表测量半导体弹簧的电阻，对预拉力进行调整直到达到所需的抗剪承载力和刚度为止；

所述步骤(3)为：在使用过程中，梁或板的上部都已浇筑于混凝土中，仅螺帽暴露在外面，此时通过螺帽的十字孔改变螺栓的松紧程度，控制螺栓的预拉力，由此释放混凝土的不良内力或改善由于螺栓松动造成抗剪性能降低的后果。

有益效果：与现有技术相比，本发明有以下优点：

(1)工厂预制程度高，现场进行螺栓拼接，节约劳动成本。

(2)该连接件主体采用角钢，不设置嵌固端，取消了传统剪力连接件的“抗拔”作用和嵌固作用，依靠端面摩擦力和混凝土上端的压重使两者的界面贴合；利用剪力连接件和钢梁间的界面摩擦力来传递剪力达到“抗剪”的目的。改变了传统的传力模式，利用摩擦力这种耗散力消耗外界能量，并且特殊的设计使该发明可实时地监测和改变摩擦力进而改变抗剪承载力，充分发挥钢与混凝土组合结构界面传力的同时，又可改变抗剪承载力和刚度，有效地释放残余内力，避免了结构的直接损伤，使抗剪承载力和刚度受控，达到“抗放结合”的理念。

(3)在安装过程中，新型摩擦型高强度螺栓的螺纹段有明显的分区标识，即螺母旋到不同的区域，可提供对应的预拉力，实现预拉力和界面摩擦力的初步控制。由于螺母、套筒与半导体弹簧已连为一体，弹簧径心与套筒截面的环心处于同一平面，当螺母向下旋转时，半导体弹簧逐渐被压缩，弹簧截面增大，长度减小；当螺母向上旋转时，半导体弹簧逐渐被拉长，弹簧截面减小，长度增大。无论如何必然会导致拉长或压缩半导体弹簧，改变了半导体弹簧的截面面积和长度，根据电阻公式R＝ρ*(L/S)，对半导体弹簧的电阻进行监测，实现预拉力和界面摩擦力的精确控制。

(4)当混凝土浇筑完毕形成组合结构后，由于新型摩擦型高强度螺栓的螺帽和螺母都可旋转以改变螺栓、螺帽与板件间的松紧程度，在组合结构正常使用过程中，根据实际的使用状态和需求增加或减少螺栓的预拉力，达到剪力连接件的抗剪承载力和刚度受控的效果，有效避免混凝土因收缩或徐变等原因引起界面抗剪作用过大而开裂和螺栓在使用过程中松动引起的抗剪作用减小的情况。

(5)螺栓孔和剪力连接件之间设置橡胶环，不会对半导体弹簧、螺栓、孔壁和设置剪力连接件的位置处的主梁、底板造成损伤。有效避免了在往复荷载下和高应变率荷载作用下的疲劳问题，具有良好的抗震和耐疲劳性能。

附图说明

图1a-图1b是现有技术中梁或板设置的栓钉剪力连接件示意图；

图2是摩擦型角钢剪力连接件的结构示意图；

图3是槽钢结构示意图；

图4a-图4b是摩擦型槽钢剪力连接件的结构示意图；

图5是高强度螺栓组件结构示意图；

图6a-图6f是高强度螺栓组件各部件结构示意图；

图7是高强度螺栓组件工厂预拼接结构示意图；

图8a-图8b是金属表面摩擦系数的效应影响因素示意图；

图9是传力模式图；

图10是高强度螺栓组件的螺纹分区标识图；

图11是通过半导体弹簧形成的内置电路图；

图12是带橡胶环的高强度螺栓组件结构示意图；

图13是橡胶环结构示意图；

图14是栓钉剪力连接件结构示意图；

图15a-图15f是栓钉剪力连接件各部件结构示意图；

图16是栓钉剪力连接件安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

图1a和图1b为现有技术中梁或板设置的栓钉剪力连接件示意图。图中可知剪力连接件需要焊接在梁或板上，劳动强度大，且浪费材料。

如图2所示，为摩擦型剪力连接件，其包括连接件主体101和高强度螺栓组件102，其中，连接件主体通过高强度螺栓组件安装在H型钢主梁103上，螺栓孔104为长螺栓孔。该主梁可替换为任何型钢或板间等需要设置剪力连接件的位置。在H型钢主梁上按所需的抗剪要求每隔一定距离安装连接件主体，该连接件主体为角钢，其不设置嵌固端，取消了传统剪力连接件的“抗拔”作用和嵌固作用，依靠端面摩擦力和混凝土上端的压重使两者的界面贴合；利用剪力连接件和型钢间的界面摩擦力来传递剪力达到“抗剪”的目的。此外，该摩擦型型钢剪力连接件改变了传统的传力模式，利用摩擦力这种耗散力消耗外界能量。该摩擦型剪力连接件可以实现“抗剪”不“抗拔”的作用，其在混凝土内缺少嵌固和咬合，因此仅提供抗剪作用，适用于装配式组合构件中钢与混凝土快速的安装和拆卸。

连接件主体为Q345热轧型钢，其对应位置设置与高强度螺栓组件配合的长螺栓孔，H型钢主梁上需要安装连接件主体的位置设有与高强度螺栓组件配合的长螺栓孔，长螺栓孔孔径为50mm×22mm。如图3至图4b所示，另一实施例中，连接件主体为槽钢201，高强度螺栓组件202，其中，连接件主体通过高强度螺栓组件安装在H型钢主梁203上，螺栓孔204为长螺栓孔。其安装方向与已知的剪切方向垂直，可以增强抗剪承载力和刚度。使用时，该摩擦型剪力连接件的连接件主体的翼缘边咬合于混凝土中，有效避免了混凝土与钢梁的掀起分离，减少了传统栓钉剪力连接件设置墩头的工作量。由于型钢剪力连接件抗剪、抗弯承载力和刚度都很大，并且长螺栓孔使螺栓和孔壁不直接接触，解决了疲劳问题，避免了材料破坏。

如图5至图7所示，高强度螺栓组件包括螺帽301、螺纹段302、螺母303、外套筒304和半导体弹簧305，螺帽的底面设有十字孔306、第一金属片和第二金属片307；螺帽的顶面设有卡槽308，卡槽一端设有连接头；工厂预制时将螺母、外套筒和半导体弹簧依次焊接形成一个整体，且螺母、外套筒和半导体弹簧三者同轴；螺帽从螺纹段的一端旋进，半导体弹簧、外套筒和螺母从螺纹段的另一端套入，半导体弹簧嵌合于螺帽顶面的卡槽内并与连接头连接，螺母与螺纹段之间螺接。

另外，螺帽和螺母都经过特殊加工处理，增强了金属表面的粘着效应和犁沟效应，金属表面的粗糙度是粘着效应和犁沟效应的叠加，如图8a和8b所示，既增强了金属表面的摩擦系数，使相同预拉力下获得更大的抗剪承载力。

在角钢连接件主体实施例中，其不设置嵌固端，取消了传统剪力连接件的“抗拔”作用和嵌固作用，依靠端面摩擦力和混凝土上端的压重使两者的界面贴合；利用剪力连接件和型钢间的界面摩擦力来传递剪力达到“抗剪”的目的。此外，该新型剪力连接件改变了传统的传力模式，利用摩擦力这种耗散力消耗外界能量，并且特殊的设计使该发明可实时地监测和改变摩擦力进而改变抗剪承载力，充分发挥钢与混凝土组合结构界面传力的同时，又可改变抗剪承载力和刚度，有效地释放残余内力，避免了结构的直接损伤，使抗剪承载力和刚度受控，达到“抗放结合”的理念。新型“抗剪”不“抗拔”剪力连接件特别适用于预制装配式结构和构件，由于取消了嵌固作用，方便了混凝土和钢构件的安装和拆卸，增加了施工效率。

该新型剪力连接件的“抗剪”不“抗拔”作用是通过无“墩头”的栓钉剪力连接件或者角钢剪力连接件实现的，其在混凝土内缺少嵌固和咬合，因此仅提供抗剪作用，适用于装配式组合构件中钢与混凝土快速的安装和拆卸。上述提及的利用剪力连接件和型钢间的界面摩擦力来传递剪力且可实时地监测和改变摩擦力进而改变抗剪承载力是通过新型高强度摩擦型螺栓实现的。新型摩擦型高强度螺栓靠螺帽、螺母与板件夹紧产生的摩擦力抵抗剪力，螺纹段有明显的分区标识，即螺母旋到不同的区域，可提供对应的预拉力，实现预拉力和界面摩擦力的初步控制。由于螺母、套筒与半导体弹簧已连为一体，弹簧径心与套筒截面的环心处于同一平面，当螺母向下旋转时，半导体弹簧逐渐被压缩，弹簧截面增大，长度减小；当螺母向上旋转时，半导体弹簧逐渐被拉长，弹簧截面减小，长度增大。无论如何必然会导致拉长或压缩半导体弹簧，改变了半导体弹簧的截面面积和长度，根据电阻公式R＝ρ*(L/S)，对半导体弹簧的电阻进行监测，实现预拉力和界面摩擦力的精确控制，达到一种预拉力、摩擦力和抗剪承载力受控的状态。

新型摩擦型高强度螺栓的螺帽和螺母都可旋转以改变螺栓、螺帽与板件间的松紧程度，在组合结构正常使用过程中，根据实际的使用状态和需求增加或减少螺栓的预拉力，达到剪力连接件的抗剪承载力和刚度受控的效果，有效释放了混凝土的不良内力，增加了结构的耐久性。

在进一步的实施例中，提供一种可监测及控制预拉力的摩擦型高强度螺栓，包括至少设置有一段螺纹部的螺杆段，与螺杆段螺接的第一螺母和第二螺母，套设在螺杆段上且位于第一螺母与第二螺母之间的半导体弹簧(图6d所示)，套接在半导体弹簧外周的套筒，设置在第一螺母或第二螺母一侧并可与欧姆表连接的正负极金属片，以及电连接正负极金属片与半导体弹簧两端的导线；第一螺母或第二螺母的一侧设置有用于和半导体弹簧末端卡接的卡槽或与用于和套筒一端连接的嵌槽，第一螺母和第二螺母的相对距离改变时，半导体弹簧被拉伸或压缩。套筒和/或半导体弹簧的外侧套接有橡胶环。螺杆端沿其纵向分为多个区域，不同区域的颜色不同。摩擦型高强度螺栓设置于圆螺栓孔、腰圆螺栓孔或长螺栓孔。第一螺母或者第二螺母上设置有十字槽，以用于旋转螺母，调节螺母之间的相对距离。半导体弹簧具有良好的柔韧性和弹性，例如其伸长长度可达原弹簧长度3.5-4倍。并有良好的耐寒性，阻燃性，耐油性和耐磨性。可根据场合不同要求生产各类螺旋型弹簧线。

本实施例所述的利用界面摩擦力抵抗剪力的传力模式是通过高强度螺栓组件实现的，螺栓尺寸为8.8级M20型。高强度螺栓组件靠拧紧螺母，对螺纹段(螺杆)施加预拉力，从而使高强度螺栓组件的螺帽、连接件主体和螺母加紧，使剪力转化为界面摩擦阻力。其传力模式如图9所示，外部剪力一般由混凝土和型钢的错动或板间错动引起，此界面剪力传递给型钢剪力连接件，而后型钢剪力连接件和梁或板的界面摩擦力抵抗剪力，此界面摩擦力是由高强度螺栓组件的受控预拉力提供的。

如图10所示，高强度螺栓组件的螺纹段设有不同的预拉力分区标识，以螺母旋进的一端开始依次设有螺纹区域0、螺纹区域1、螺纹区域2、螺纹区域3和螺纹区域4。由于螺母、外套筒和半导体弹簧对螺纹段造成遮挡，因此以螺母的上端面作为指示面。当半导体弹簧嵌于卡槽中，此时半导体弹簧处于自然状态；当螺母上端面处于区域0与区域1的交界面或者区域0时，此时剪力连接件和梁或板间未夹紧，螺栓的预拉力为0kN；当螺母的上端面分别处于螺纹区域1-4时，对应的螺栓预拉力范围分别为0-5kN，5-10kN，10-15kN和15-20kN。以这种控制螺母旋转到螺纹段不同分区的方式改变预拉力和界面摩擦力，实现抗剪承载力和刚度的初步控制。

如图11所示，当半导体弹簧嵌固到卡槽上时，其与螺帽通过卡槽和连接头形成内置电路，且半导体弹簧的一端通过连接头与第一或第二金属片连接，半导体弹簧的另一端通过导线与第二或第一金属片连接；当螺母向下旋转时，半导体弹簧逐渐被压缩，弹簧截面增大，长度减小；当螺母向上旋转时，半导体弹簧逐渐被拉长，弹簧截面减小，长度增大。因此，必然会导致拉长或压缩半导体弹簧，改变半导体弹簧的截面面积和长度，根据电阻公式即电阻发生变化，半导体弹簧与螺帽通过卡槽和连接头形成内置电路，并通过螺帽底面引出两个金属片连接欧姆表测量两个金属片之间的电阻，即半导体弹簧的电阻，得到螺栓的预拉力，从而实时地监测界面摩擦力，实现预拉力和界面摩擦力的精确控制。

本发明的摩擦型剪力连接件在正常使用过程中，其组合结构会发生如下现象：(1)螺栓松动导致的抗剪程度减弱；(2)混凝土发生收缩徐变，由于剪力连接件的抗剪程度较大，导致内应力无法释放，混凝土发生开裂。预拉力可控的高强度螺栓组件的螺母可旋转以改变板件间的松紧程度，同样地，也可通过螺帽的十字孔改变板件间的松紧程度，即旋转螺帽和螺母都张紧或释放栓杆的预拉力。在使用过程中该螺栓的螺帽仍暴露在外，可通过螺帽的十字孔改变螺栓的预拉力，从而改变结构在使用过程中的抗剪承载力和刚度，依据观测电阻改变螺栓的松紧程度实现抗剪承载力和刚度的精确控制，达到“抗放结合”的效果，避免了结构的直接损伤。

如图12和图13所示，还可在高强度螺栓组件的外套筒和半导体弹簧的外面设置配套的橡胶环309，该橡胶环主要起到两方面的作用：(1)摩擦型剪力连接件由于栓杆的预拉力可以通过旋拧安装螺母和观测电阻的方式调整，相应的摩擦力和抗剪承载力也会随之改变。因此栓杆可在螺栓孔间移动，必然会挤压孔壁并对孔壁造成直接损伤，为保护孔壁且不限制栓杆的微小移动，设置橡胶环防止栓杆与孔壁在螺栓产生微小滑移时的直接接触，避免了螺栓或者孔壁的直接损伤。(2)保护半导体弹簧，半导体弹簧是此高强度螺栓组件的核心部件，依靠其电阻的变化，实现对栓杆的预拉力和界面摩擦力的监测，实现抗剪承载力和刚度可测及受控的状态。因此，将其用橡胶环保护起来不仅起到绝缘的作用，也增强了剪力连接件的耐久性。

与高强度螺栓组件配套的螺栓孔可以为圆螺栓孔也可为长螺栓孔，其主要取决于剪力的最大方向是否确定。当已知剪力最大方向时，采用长螺栓孔是更有利的，并且长螺栓孔的方向与剪力最大方向保持相同，这是因为在结构使用过程中该螺栓可根据实际情况实时地增加或释放剪力，相应的螺栓可在螺栓孔中产生微小滑动；当未知剪力最大方向时，采用圆螺栓孔是更合理的。无论是长螺栓孔还是圆螺栓孔，都配有配套的橡胶环，该橡胶环的作用如上所述。

如图14至图16所示，为摩擦型栓钉剪力连接件，其包括栓钉剪力连接件主体401、安装螺母402、套筒403、固定螺母404和半导体弹簧405，其中，栓钉剪力连接件主体由下往上依次包括螺纹段4001、无螺纹挤压段4002和抗拔墩头4003。固定螺母的上端面处于螺纹段的顶端并与栓钉剪力连接件主体焊接一体，套筒的上端与固定螺母的下端面焊接一体，半导体弹簧与套筒的下端焊接一体，安装螺母从螺纹段底端旋进。安装螺帽的一面螺孔边缘设有卡槽4004，另一面螺孔外侧设有第一金属片和第二金属片4005。

使用时，在需要安装摩擦型栓钉剪力连接件的相应位置螺栓孔中先安装对应的橡胶环，而后将栓钉剪力连接件穿过橡胶环并固定，从另一端旋拧安装螺母，当安装螺母旋拧至一定程度后，将半导体弹簧的自由端嵌入至安装螺母顶面的卡槽中，并与连接头相连，保证半导体弹簧的所在电路可形成通路。然后拧紧安装螺母，并用欧姆表与安装螺母底面的金属片相连，通过电阻值实现抗剪承载力和刚度受监测和控制的状态。

另外，摩擦型栓钉剪力连接件中的栓钉剪力连接件主体可以为无“墩头”的栓钉剪力连接件主体，其包括螺纹段和无螺纹挤压段。其它结构与连接关系与上述的有墩头的栓钉剪力连接件主体相同。该摩擦型栓钉剪力连接件可以实现“抗剪”不“抗拔”的作用，其在混凝土内缺少嵌固和咬合，因此仅提供抗剪作用，适用于装配式组合构件中钢与混凝土快速的安装和拆卸。

该摩擦型栓钉剪力连接件将栓钉剪力连接件和高强度螺栓组件相结合，此时，栓钉剪力连接件不再依靠焊缝与板件相连，而是利用摩擦型高强度螺栓的原理使螺帽、螺母与板件夹紧产生的摩擦力抵抗剪力。其改善了传统的栓钉剪力连接件的传力模式，合理利用界面摩擦力，并对高强度螺栓组件进行重新设计，使其预拉力可受监测和控制。

与摩擦型栓钉剪力连接件配套的螺栓孔采用圆螺栓孔，这是利用了其抗剪效果各向相同的特点，尤其是针对未知方向的剪力，圆螺栓是最合理的设置方式。在圆螺栓孔和剪力连接件之间，还设置了配套的橡胶环，该橡胶环的作用与前面所述相同。

摩擦型剪力连接件的施工方法，包括以下步骤：

(1)对所述摩擦型剪力连接件进行工厂预制

根据施工现场所需的尺寸、抗剪效果以及为达到的目标，加工所述摩擦型剪力连接件。

(11)构件设计制造

根据设计要求对需设剪力连接件的主梁的相应位置进行打孔，根据现场所需尺寸和抗剪效果设计要求对剪力连接件的个构件进行制造和加工，根据预达到的抗剪承载力、刚度和性能对高强度螺栓组件的预拉力进行设计，然后根据工厂预制流程图对高强度螺栓组件与连接件主体试样生产；

(12)构件预拼装

在出厂前应对构件进行预拼装，将螺母、外套筒和半导体弹簧依次同轴设置并通过焊接方式形成整体，调整开孔尺寸和变形，检测半导体弹簧所在电路的通闭状态，测量半导体弹簧的电阻与螺母所在的分区及预拉力是否对应；预拼装合格后，进行产品的量化生产。

(2)施工现场拼装所述摩擦型剪力连接件与需要设置所述摩擦型剪力连接件的主梁或板。

(21)将连接件主体与梁或板的长螺栓孔对齐，用高强度螺栓组件进行拼装，剪力连接件的翼缘可防止混凝土的掀起，通过高强度螺栓组件对板件间的夹紧力形成的界面摩擦力抗剪。

(22)在安装过程中，用扳手旋拧高强度螺栓组件的螺母，按设计要求将螺母旋到相应大小的预拉力区域，而后用欧姆表测量半导体弹簧的电阻，对预拉力进行调整直到达到所需的抗剪承载力和刚度为止。

(3)使用过程中根据组合构件的状态实时调整高强度螺栓的预拉力

在使用过程中，梁或板的上部都已浇筑于混凝土中，仅螺帽暴露在外面，此时可通过螺帽的十字孔改变螺栓的松紧程度，控制螺栓的预拉力，由此释放混凝土的不良内力或改善由于螺栓松动造成抗剪性能降低的后果，实现“抗放结合”的理念。

Claims (10)

1.一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：包括剪力连接件主体，以及用于将剪力连接件主体固定连接在主梁上的摩擦型高强度螺栓；所述摩擦型高强度螺栓包括至少设置有一段螺纹部的螺杆段，与所述螺杆段螺接的第一螺母和第二螺母，套设在螺杆段上且位于第一螺母与第二螺母之间的半导体弹簧，套接在半导体弹簧外周的套筒，设置在第一螺母或第二螺母一侧并可与欧姆表连接的正负极金属片，以及电连接正负极金属片与半导体弹簧两端的导线；

第一螺母或第二螺母的一侧设置有用于和半导体弹簧末端卡接的卡槽或与用于和套筒一端连接的嵌槽，第一螺母和第二螺母的相对距离改变时，半导体弹簧被拉伸或压缩；

所述剪力连接件主体为角钢或无墩头栓钉连接件。

2.如权利要求1所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于，所述套筒和/或半导体弹簧的外侧套接有橡胶环。

3.如权利要求1所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于，所述螺杆端沿其纵向分为多个区域，不同区域的颜色不同。

4.一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：包括剪力连接件主体、高强度螺栓组件以及用于安装该剪力连接件主体的主梁；所述剪力连接件主体为角钢，主梁上按所需的抗剪要求每隔预定距离安装连接件主体，所述连接件主体通过高强度螺栓组件与所述主梁连接。

5.根据权利要求4所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：所述高强度螺栓组件包括螺帽、螺纹段、螺母、外套筒和半导体弹簧，所述螺帽的顶面设有卡槽；螺母、外套筒和半导体弹簧通过预设方式依次连接形成一个整体，且螺母、外套筒和半导体弹簧三者同轴；螺帽从螺纹段的一端旋进，半导体弹簧、外套筒和螺母从螺纹段的另一端套入，半导体弹簧与螺帽顶面的卡槽卡合连接，螺母与螺纹段之间螺接；

所述螺纹段设有不同的预拉力分区标识，以螺母旋进的一端开始依次设有螺纹区域0、螺纹区域1、螺纹区域2、螺纹区域3和螺纹区域4；以螺母的上端面作为指示面，当半导体弹簧嵌于卡槽中，此时半导体弹簧处于自然状态；当螺母上端面处于螺纹区域0与螺纹区域1的交界面或者螺纹区域0时，此时剪力连接件和梁或板间未夹紧，螺栓的预拉力为0kN；当螺母的上端面分别处于螺纹区域1至螺纹区域4时，对应的螺栓预拉力范围分别为0-5kN，5-10kN，10-15kN和15-20kN，旋转螺母改变螺母上端面在螺纹段的分区，以改变预拉力和界面摩擦力，实现抗剪承载力和刚度的初步控制。

6.根据权利要求5所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：所述螺帽的底面开有十字孔，并设置有第一金属片和第二金属片，螺帽顶面的卡槽一端设有连接头；当半导体弹簧卡合到卡槽上时，其与螺帽通过卡槽和连接头形成内置电路，且半导体弹簧的一端通过连接头与第一金属片或第二金属片连接，半导体弹簧的另一端通过导线与第二金属片或第一金属片连接；测得第一金属片和第二金属片之间的电阻，即半导体弹簧的电阻值，进一步得到所述高强度螺栓组件的预拉力，而后依据电阻改变螺母松紧程度实现抗剪承载力和刚度的精确控制。

7.根据权利要求4所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：所述摩擦型剪力连接件还包括设置于高强度螺栓组件与主梁螺纹孔间的橡胶环。

8.根据权利要求4所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：与所述高强度螺栓组件配合的螺栓孔为长螺栓孔或圆螺栓孔。

9.根据权利要求4所述的抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件，其特征在于：所述连接件主体为Q345热轧型钢，所述螺纹段为8.8级M20型螺栓，所述用于安装该剪力连接件的主梁为H型钢主梁。

10.一种抗剪-不抗拔的摩擦型剪力连接件的施工方法，其特征在于，该方法所用的摩擦型剪力连接件为权利要求1-9任一项所述的摩擦型剪力连接件，该施工方法包括以下步骤：

(1)对所述摩擦型剪力连接件进行工厂预制

根据施工现场所需的尺寸、抗剪效果以及为达到的目标，加工所述摩擦型剪力连接件；

(2)施工现场拼装所述摩擦型剪力连接件与需要设置所述摩擦型剪力连接件的主梁或板；

(3)使用过程中根据组合构件的状态实时调整高强度螺栓的预拉力；

所述步骤(1)包括：

(11)构件设计制造

根据设计要求对需设剪力连接件的主梁的相应位置进行打孔，根据现场所需尺寸和抗剪效果设计要求对摩擦型剪力连接件的个构件进行制造和加工，根据预达到的抗剪承载力、刚度和性能对高强度螺栓组件的预拉力进行设计，然后根据工厂预制流程图对高强度螺栓组件与连接件主体试样生产；

(12)构件预拼装

在出厂前应对构件进行预拼装，将螺母、外套筒和半导体弹簧依次同轴设置并通过焊接方式形成整体，调整开孔尺寸和变形，检测半导体弹簧所在电路的通闭状态，测量半导体弹簧的电阻与螺母所在的分区及预拉力是否对应；预拼装合格后，进行产品的量化生产；

所述步骤(2)包括：

(21)将连接件主体与梁或板的长螺栓孔对齐，用高强度螺栓组件进行拼装，通过高强度螺栓组件对板件间的夹紧力形成的界面摩擦力抗剪；

(22)在安装过程中，用扳手旋拧高强度螺栓组件的螺母，按设计要求将螺母旋到相应大小的预拉力区域，而后用欧姆表测量半导体弹簧的电阻，对预拉力进行调整直到达到所需的抗剪承载力和刚度为止；

所述步骤(3)为：在使用过程中，梁或板的上部都已浇筑于混凝土中，仅螺帽暴露在外面，此时通过螺帽的十字孔改变螺栓的松紧程度，控制螺栓的预拉力，由此释放混凝土的不良内力或改善由于螺栓松动造成抗剪性能降低的后果。