CN116818554A - 一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结构连接件抗剪承载力技术领域，且公开了一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，包括以下步骤：步骤1，制作无粘结连接件推出试件，栓钉切割加工出空腔；步骤2，空腔内布置应变片，应变片与导线连接；步骤3，固定导线；步骤4，清除栓钉残渣并密封；步骤5，固定切开的栓钉；步骤6，预留栓钉孔洞的薄膜铺装于型钢表面，栓钉与型钢焊接；步骤7，浇筑混凝土；步骤8，撕出薄膜，进行加载实验；步骤9，制作无栓钉连接件推出试件，进行加载实验。本发明采用上述测试方法，分别采集无粘结连接件推出试件栓钉的应变数据和无栓钉连接件推出试件的钢‑混界面粘结力，从而推导栓钉连接件的抗剪承载力计算公式。
Description
技术领域
本发明涉及结构连接件抗剪承载力技术领域，尤其是涉及一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法。
背景技术
钢-混组合结构栓钉连接件作为一种新型的连接方式，近年来已经得到广泛的关注和应用。其独特的材料组成、结构形式以及连接性能，使其成为解决钢-混组合结构中传统连接方式难以满足性能要求的有效手段。而该连接方式的抗剪承载力是制约其应用的重要因素之一，因此对于栓钉连接件的抗剪承载力进行研究和探索具有非常重要的意义。
截至目前，针对栓钉连接件力学性能研究已相当广泛，但在栓钉连接件抗剪承载力方面，研究者们提出的计算公式依然是有着不合理之处。在现有规范《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）中，连接件抗剪承载力计算公式目前存在着以下两点问题，式中/>为连接件抗剪承载力设计值，0.7为承载力系数，/>为栓钉杆端截面面积，/>为栓钉极限抗拉强度。首先，规范中连接件抗剪承载力设计值采取栓钉的极限抗拉强度参数进行计算，其结果为连接件在临近破坏时所能抵抗的外荷载，即破坏荷载；但破坏荷载不一定是连接件在整个受力过程的最大承载力，其原因在于连接件在受剪过程，钢-混界面粘结力也为连接件抗剪提供较大的抗力，当钢-混界面粘结力与栓钉共同受力时，两者所提供的抗力有可能大于连接件的破坏荷载；值得注意的是，连接件在达到破坏荷载时因界面无法再次产生较大的塑性变形而丧失预警能力，故对于连接件破坏荷载作为承载力设计值是否合适的问题依然值得深究。其二，随着混凝土强度的不断提高，钢-混界面粘结力在连接件抗剪承载力中的贡献占比也在随之提高；仅仅只考虑栓钉的贡献，其承载力设计值保守程度逐渐增大，这会给工程的经济效益带来很大的损失。基于上述两点，为了明确栓钉及钢-混界面粘结力分别对连接件抗剪承载力的贡献，需将栓钉与钢-混界面粘结力对连接件抗剪承载力的贡献分开进行研究与分析。在传统的方法中，将应变片直接贴于栓钉表面，此方法存在着测试数据不可靠、不稳定等缺点，不能满足实际的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，包括以下步骤：
步骤1，制作无粘结连接件推出试件，栓钉对半切割，并加工出预留沟和空腔；
步骤2，两半栓钉空腔内错位布置应变片，应变片与导线连接，应变片上涂上保护层；
步骤3，固定应变片的导线并将导线引出栓钉钉头；
步骤4，清除栓钉切割残渣并进行密封；
步骤5，通过预留沟重新固定切开的两半栓钉；
步骤6，预留栓钉孔洞的薄膜铺装于型钢表面，栓钉与型钢焊接；
步骤7，安装模板，捋好电线，浇筑并捣实混凝土；
步骤8，混凝土初凝成型后撕出薄膜，待无粘结连接件推出试件养护后进行加载试验；
步骤9，制作无栓钉连接件推出试件，在型钢表面浇筑混凝土并养护后，进行加载实验。
优选的，步骤1中，用切割机沿栓钉钉头刻出一条预留沟后，将栓钉沿长度对半等分切割，在各半栓钉内部中心制造一个沿长度方向的空腔。
优选的，步骤2具体包括：步骤21，一半栓钉空腔中沿长度方向布置若干应变片，另一半栓钉空腔中错位布置若干应变片；
步骤22，每个应变片的表面涂一层用于保护隔离的薄蜡，并在应变片与导线的连接处涂上一层浅绝缘油漆。
优选的，步骤3中，在空腔中用软硅胶将应变片的导线固定，再将导线从栓钉钉头的一端引出。
优选的，步骤4中，清除两半栓钉切割面的残渣后，涂上环氧树脂，并用有机硅密封胶与环氧树脂密封切口。
优选的，步骤5中，在栓钉栓头预留沟处绑上钢丝，重新固定切开的两半栓钉。
优选的，步骤6具体包括：步骤61，清除型钢表面残渣后，在型钢表面涂上润滑油，预留栓钉孔洞的薄膜铺装于钢-混界面处型钢表面后，依次在薄膜表面处涂上润滑油；
步骤62，将栓钉尾部焊接于型钢上。
优选的，步骤8具体包括：步骤81，混凝土初凝成型后将薄膜撕出，并养护28天后进行加载试验；
步骤82：试验过程中先进行预加载，然后开始正式试验，并于试验中通过栓钉内部应变片采集栓钉在整个试验过程中的应变数据。
优选的，步骤9具体包括：步骤91，清除型钢表面残渣；
步骤92，安装模板后，浇筑并捣实混凝土；
步骤93，待混凝土养护28天后进行加载试验；
步骤94，试验过程中先进行预加载，然后开始正式试验，并于试验中采集试件的破坏荷载，即钢-混界面粘结力提供的抗剪承载力。
优选的，在连接件达到峰值承载力时，将无粘结连接件推出试件所测的栓钉拉应变乘以栓钉弹性模型/>获得其拉应力，公式为/>；并根据无粘结连接件推出试件试验的破坏荷载/>，计算出钢-混界面摩擦系数/>，公式为/>；钢-混界面粘结力提供的抗剪承载力/>通过无栓钉连接件推出试件试验的破坏荷载获得。根据以上测试与分析，基于分项叠加原理可推导出含这两种贡献度的栓钉连接件抗剪承载力计算公式。
因此，本发明采用上述一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，具有以下有益效果：
（1）本发明所提出的无粘结连接件推出试件中，在钢-混界面处加入薄膜使钢-混界面得到分离，进而消除钢-混界面粘结力，使无粘结连接件推出试件的抗剪承载力由栓钉进行承担；
（2）本发明的无粘结连接件推出试件由于应变片与导线在栓钉内部，能够避免试验时应变片与栓钉-混凝土间界面粘结的相互干扰；
（3）本发明的无粘结连接件推出试件应变片沿栓钉全长布置，能够测量栓钉整体应变分布；
（4）本发明能够获得栓钉整个试验过程中的应变数据；
（5）本发明所推导的栓钉连接件抗剪承载力计算公式，充分考虑了混凝土对连接件抗剪的贡献，为更高强度的混凝土应用于栓钉连接件提供了理论依据。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例的无粘结连接件推出试件结构示意图；
图2为本发明实施例的无栓钉连接件推出试件结构示意图；
图3为本发明实施例的无粘结连接件推出试件正视图；
图4为本发明实施例的无粘结连接件推出试件左剖视图；
图5为无粘结连接件推出试件俯剖视图；
图6为无粘结连接件推出试件中栓钉开孔结构示意图。
附图标记
1、型钢；2、混凝土板块；3、栓钉；4、薄膜；5、应变片；6、导线；7、钢丝。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明所述的一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法中包括一种栓钉连接件推出试件和一种无栓钉连接件推出试件。无粘结连接件推出试件包括型钢1、混凝土板块2、栓钉3、薄膜4、应变片5、导线6、钢丝7，钢丝7为高强钢丝7；无栓钉连接件推出试件包括型钢1、混凝土板块2。
无粘结连接件推出试件制作与测试步骤：
步骤1：如图6所示，用切割机沿栓钉3钉头四周刻出一条预留沟后，将栓钉3沿长度对半等分切割，同时在各半栓钉3内部中心制造一个沿长度方向的空腔。空腔空间尺寸只需满足应变片5安装与使用要求。
步骤21：在空腔中沿长度方向在一半的栓钉3空腔中布置应变片5，另一半栓钉3空腔相应地错位布置应变片5。两半栓钉3空腔内分别错位布置检测所需的应变片5，并尽可能使空腔内部空间的尺寸达到最小，能够使得其对栓钉3抗剪功能的影响达到最小。
步骤22：每个应变片5的表面涂一层薄蜡以保护和隔离，并在应变片5与导线6的连接处涂上一层浅绝缘油漆。
步骤3：在空腔中使用软硅胶将应变片5的导线6固定在适当的位置，起到保护和防水的作用，再将导线6从钉头的一端引出。
步骤4：清除两半栓钉3切割面的残渣后，涂上环氧树脂，并使用有机硅密封胶与环氧树脂密封切口，防止水进腔体。
步骤5：在栓头预留沟处绑上钢丝7用于重新固定切开的两半栓钉3。密封栓钉3切口后，在栓钉3钉头预留沟处绑上钢丝7用于固定栓钉3的头端，这样有助于试验过程中栓钉3的稳定，且几乎不影响到栓钉3与混凝土的粘结，使试验更贴合栓钉3的实际受力工作状态。
步骤61：清除型钢1表面残渣后，在型钢1表面涂上润滑油，预留栓钉3孔洞的薄膜4铺装于钢-混界面处型钢1表面后，并依次在薄膜4表面处涂上润滑油。在型钢1与混凝土中间铺设一层薄膜4，并在薄膜4两面涂一层润滑油，能够有效地消除型钢1与混凝土之间的钢-混界面粘结力，使钢-混界面的抗剪承载力最大程度由栓钉3进行提供。
步骤62：将栓钉3尾部焊接于型钢1上。
步骤7：安装模板，捋好电线，浇筑并捣实混凝土。
步骤81：混凝土初凝成型后将薄膜撕出，并养护28天后进行加载试验。
步骤82：试验过程中先进行预加载，然后开始正式试验，并于试验中通过栓钉内部应变片采集栓钉在整个试验过程中的应变数据。
无栓钉连接件推出试件制作与测试步骤：
步骤91：清除型钢1表面残渣。
步骤92：安装模板后，浇筑并捣实混凝土。
步骤93：待混凝土养护28天后进行加载试验。在未焊栓钉3的型钢上直接浇筑混凝土，使钢-混界面的抗剪承载力全部由钢-混界面粘结力进行提供。
步骤94：试验过程中先进行预加载，然后开始正式试验，并于试验中采集试件的破坏荷载，即钢-混界面粘结力提供的抗剪承载力。
根据上述步骤得出连接件抗剪承载力计算方法：
根据试验所得数据，提出一种基于分项叠加原理且含栓钉3和钢-混界面粘结力两种贡献度的栓钉连接件抗剪承载力计算公式，即。在连接件达到峰值承载力时，将无粘结连接件推出试件所测的栓钉3拉应变/>乘以栓钉3弹性模型/>获得其拉应力，即/>。并根据无粘结连接件推出试验的破坏荷载/>，计算出钢-混界面摩擦系数/>，即；钢-混界面粘结力提供的抗剪承载力/>通过无栓钉3连接件推出试验的破坏荷载获得。
因此，本发明采用上述一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，在钢-混界面处加入薄膜使钢-混界面得到分离，进而消除钢-混界面粘结力，使连接件的抗剪承载力由栓钉进行承担；将应变片与导线布置在栓钉内部，能够避免试验时应变片与栓钉-混凝土间界面粘结的相互干扰。为了分别测试栓钉与钢-混界面粘结力对于钢-混组合结构栓钉连接件的抗剪承载力的贡献程度，本发明分别提出了两种连接件推出试件，一种为消除钢-混界面粘结力的无粘结连接件推出试件，一种为仅考虑钢-混界面粘结力的无栓钉连接件推出试件；分别采集无粘结连接件推出试件栓钉的应变数据和无栓钉连接件推出试件的钢-混界面粘结力，从而推导栓钉连接件的抗剪承载力计算公式。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，制作无粘结连接件推出试件，栓钉对半切割，并加工出预留沟和空腔；
步骤2，两半栓钉空腔内错位布置应变片，应变片与导线连接，应变片上涂上保护层；
步骤3，固定应变片的导线并将导线引出栓钉钉头；
步骤4，清除栓钉切割残渣并进行密封；
步骤5，通过预留沟重新固定切开的两半栓钉；
步骤6，预留栓钉孔洞的薄膜铺装于型钢表面，栓钉与型钢焊接；
步骤7，安装模板，捋好电线，浇筑并捣实混凝土；
步骤8，混凝土初凝成型后撕出薄膜，待无粘结连接件推出试件养护后进行加载试验；
步骤9，制作无栓钉连接件推出试件，在型钢表面浇筑混凝土并养护后，进行加载实验；
加载实验中，在连接件达到峰值承载力时，将无粘结连接件推出试件所测的栓钉拉应变乘以栓钉弹性模型/>获得其拉应力，公式为/>；并根据无粘结连接件推出试件试验的破坏荷载/>，计算出钢-混界面摩擦系数/>，公式为/>；钢-混界面粘结力提供的抗剪承载力/>通过无栓钉连接件推出试件试验的破坏荷载获得；根据以上测试与分析，基于分项叠加原理推导出含这两种贡献度的栓钉连接件抗剪承载力计算公式。
2.根据权利要求1所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤1中，用切割机沿栓钉钉头刻出预留沟后，将栓钉沿长度对半等分切割，在各半栓钉内部中心制造沿长度方向的空腔。
3.根据权利要求2所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤2具体包括：步骤21，一半栓钉空腔中沿长度方向布置若干应变片，另一半栓钉空腔中错位布置若干应变片；
步骤22，每个应变片的表面涂上用于保护隔离的薄蜡，并在应变片与导线的连接处涂上浅绝缘油漆。
4.根据权利要求3所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤3中，在空腔中用软硅胶将导线固定，再将导线从栓钉钉头的一端引出。
5.根据权利要求4所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤4中，清除两半栓钉切割面的残渣后，涂上环氧树脂，并用有机硅密封胶与环氧树脂密封切口。
6.根据权利要求5所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤5中，在栓钉栓头预留沟处绑上钢丝，重新固定切开的两半栓钉。
7.根据权利要求6所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤6具体包括：步骤61，清除型钢表面残渣后，在型钢表面涂上润滑油，预留栓钉孔洞的薄膜铺装于钢-混界面处型钢表面后，依次在薄膜表面处涂上润滑油；
步骤62，将栓钉尾部焊接于型钢上。
8.根据权利要求7所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤8具体包括：步骤81，混凝土初凝成型后将薄膜撕出，并养护28天后进行加载试验；
步骤82：试验过程中先进行预加载，然后开始正式试验，并于试验中通过栓钉内部应变片采集栓钉在整个试验过程中的应变数据。
9.根据权利要求8所述的栓钉连接件的抗剪承载力贡献度测试方法，其特征在于：步骤9具体包括：步骤91，清除型钢表面残渣；
步骤92，安装模板后，浇筑并捣实混凝土；
步骤93，待混凝土养护28天后进行加载试验；
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