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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2020, Vol. 54 Issue (11): 2076-2084    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2020.11.002
土木工程     
栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响
汪劲丰(),张爱平,王文浩
浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058
Effects of stud height on shear behavior of stud connectors
Jin-feng WANG(),Ai-ping ZHANG,Wen-hao WANG
College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
 全文: PDF(1184 KB)   HTML
摘要：

为了研究栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响，通过24个栓钉抗剪性能模型推出试件，获得栓钉在不同直径和高度下的荷载-滑移曲线和破坏模态，比较分析栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响，建立考虑栓钉高度的抗剪承载力计算式. 研究结果表明：当栓钉连接件长径比为4.5~13.2时，栓钉的抗剪承载力随长径比的增加而增大；当栓钉长径比小于10时，抗剪刚度随长径比的增加而增大，当长径比大于10时，抗剪刚度变化较小. 提出栓钉连接件长径比为4.5~13.2时栓钉连接件发生剪断破坏时的抗剪承载力计算式，该公式考虑的因素更全面，与试验结果较吻合；中国现行规范关于栓钉抗剪刚度的设计值偏保守，在进行设计时可以选取规范Eurocode4或Oehlers提出的计算方法进行参考，以达到减少栓钉使用数量，降低设计和施工难度的目的.
关键词： 钢-混凝土组合结构;  栓钉连接件;  栓钉高度;  长径比;  抗剪承载力;  抗剪刚度    
Abstract:

Twenty-four stud connector push-out specimens were prepared and tested to analyze the effect of stud height on shear behavior of stud connectors. The load-slip curves and failure modes of studs with different diameters and heights were obtained, the influence of stud height on shear behavior was investigated, and the formula of shear bearing capacity of stud connectors considering stud height was proposed. Results indicated that the shear bearing capacity increased with the increasing of aspect ratio when the aspect ratio was 4.5~13.2, and the shear stiffness increased with the increasing of aspect ratio when the aspect ratio was less than ten, but the shear stiffness changed slightly when the aspect ratio was more than ten. The formula for calculating the shear bearing capacity of stud connectors with aspect ratio of 4.5~13.2 when shear failure occurs was proposed, which considered more comprehensive factors and agreed well with the test results. The design values of shear stiffness in current specification of China were a little conservative. It is suggested that when the relevant design is to be carried out, Eurocode four specification or the calculation method proposed by Oehlers can be selected as reference to reduce the number of stud shear connectors and decrease the difficulty of design and construction.
Key words: steel-concrete composite structure    stud connector    stud height    aspect ratio    shear bearing capacity    shear stiffness
收稿日期: 2019-12-08 出版日期: 2020-12-15
CLC:  U 44  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目（51578496）；浙江省自然科学基金资助项目（LZ16E080001）
作者简介: 汪劲丰（1976—），男，教授，从事桥梁施工方法及控制技术研究. orcid.org/0000-0002-9099-818X. E-mail： wangjinfeng@zju.edu.cn
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汪劲丰
张爱平
王文浩

引用本文:

汪劲丰,张爱平,王文浩. 栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(11): 2076-2084.

Jin-feng WANG,Ai-ping ZHANG,Wen-hao WANG. Effects of stud height on shear behavior of stud connectors. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2020, 54(11): 2076-2084.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2020.11.002    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2020/V54/I11/2076

ds /mm fy /MPa fst /MPa Es /GPa
16 322 384 213
19 354 437 213
22 371 455 213
表 1  栓钉连接件的主要力学性能参数
图 1  栓钉连接件试件几何尺寸及构造
试件分组 试件编号 试件数量 ${d_{\rm{s}}}/{\rm{mm}}$ ${h_{\rm{s}}}/{\rm{mm}}$
STUD1 STUD1-1~2 2 16 80
STUD2 STUD2-1~2 2 16 120
STUD3 STUD3-1~2 2 16 160
STUD4 STUD4-1~2 2 16 200
STUD5 STUD5-1~2 2 19 100
STUD6 STUD6-1~2 2 19 150
STUD7 STUD7-1~2 2 19 200
STUD8 STUD8-1~2 2 19 250
STUD9 STUD9-1~2 2 22 100
STUD10 STUD10-1~2 2 22 160
STUD11 STUD11-1~2 2 22 220
STUD12 STUD12-1~2 2 22 280
表 2  栓钉连接件试件分组
图 2  栓钉连接件试件加载及测试装置
图 3  直径为16 mm的栓钉连接件荷载-滑移曲线
图 4  直径为19 mm的栓钉连接件荷载-滑移曲线
图 5  直径为22 mm的栓钉连接件荷载-滑移曲线
试件分组 hs /ds N0 /kN Nu /kN ρ ks /(kN·mm?1)
试件1 试件2 均值 试件1 试件2 均值 试件1 试件2 均值
STUD1 5.0 41.3 42.0 41.6 66.8 65.3 66.0 0.63 206.3 210.0 208.1
STUD2 7.5 46.0 49.9 47.9 95.0 80.5 87.8 0.55 230.0 249.4 239.7
STUD3 10.0 45.0 57.3 51.1 97.0 88.8 92.9 0.55 225.0 286.3 255.6
STUD4 12.5 58.3 45.5 51.9 113.3 92.5 102.9 0.50 291.3 227.5 259.4
STUD5 5.3 45.7 50.7 48.2 79.8 90.1 84.9 0.57 228.6 253.6 241.1
STUD6 7.9 68.5 84.0 76.3 131.8 131.3 131.5 0.58 342.5 420.0 381.3
STUD7 10.5 79.3 78.3 78.8 138.0 155.0 146.5 0.54 396.3 391.3 393.8
STUD8 13.2 74.5 76.0 75.3 141.4 154.5 147.9 0.51 372.5 380.0 376.3
STUD9 4.5 84.4 89.3 86.8 143.3 122.3 132.8 0.65 422.1 446.3 434.2
STUD10 7.3 106.3 113.0 109.7 165.5 174.7 170.1 0.64 531.5 565.0 548.3
STUD11 10.0 107.9 119.6 113.7 176.3 191.6 183.9 0.62 539.4 597.9 568.6
STUD12 12.7 116.7 114.5 115.6 216.4 195.8 206.1 0.56 583.7 572.5 578.1
表 3  栓钉连接件的推出试验结果
图 6  栓钉连接件抗剪承载力和长径比之间的关系
图 7  栓钉连接件抗剪刚度和长径比之间的关系
图 8  钢梁侧栓钉连接件破坏状态
图 9  混凝土板侧栓钉连接件破坏状态
图 10  CT扫描测试示意图
图 11  栓钉连接件变形
试件分组 $\overline {{N_{\rm{u}}}} /{\rm{kN}}$ ${N_{\rm{uc} } }/{\rm{kN} }$ ${N_{\rm{uc} } }/\overline { {N_{\rm{u} } } }$
式（1） 式（2） 式（3） 式（4） 式（1） 式（2） 式（3） 式（4）
STUD1 66.0 54.0 52.6 49.4 65.6 0.82 0.80 0.75 0.99
STUD2 87.8 54.0 52.6 49.4 65.6 0.62 0.60 0.56 0.75
STUD3 92.9 54.0 52.6 49.4 65.6 0.58 0.57 0.53 0.71
STUD4 102.9 54.0 52.6 49.4 65.6 0.52 0.51 0.48 0.64
STUD5 84.9 86.7 83.3 79.3 105.3 1.02 0.98 0.93 1.24
STUD6 131.5 86.7 83.3 79.3 105.3 0.66 0.63 0.60 0.80
STUD7 146.5 86.7 83.3 79.3 105.3 0.59 0.57 0.54 0.72
STUD8 147.9 86.7 83.3 79.3 105.3 0.59 0.56 0.54 0.71
STUD9 132.8 121.0 115.9 103.2 146.9 0.91 0.87 0.78 1.11
STUD10 170.1 121.0 115.9 103.2 146.9 0.71 0.68 0.61 0.86
STUD11 183.9 121.0 115.9 103.2 146.9 0.66 0.63 0.56 0.80
STUD12 206.1 121.0 115.9 103.2 146.9 0.59 0.56 0.50 0.71
表 4  栓钉连接件抗剪承载力试验值与计算值比较
图 12  栓钉连接件抗剪承载力试验值与计算值比较
试件分组 $\overline { {k_{\rm{s} } } }\left/{\left( { {\rm{kN} } \cdot {\rm{m} }{ {\rm{m} }^{ - 1} } } \right) }\right.$ ${k_{\rm{sc} } }\left/{\left( { {\rm{kN} } \cdot {\rm{m} }{ {\rm{m} }^{ - 1} } } \right) }\right.$ ${k_{\rm{sc}}}/\overline {{k_{\rm{s}}}} $
式（7） 式（8） 式（9） 式（10） 式（7） 式（8） 式（9） 式（10）
STUD1 208.1 66.0 64.0 400.0 219.4 0.32 0.31 1.92 1.05
STUD2 239.7 87.8 85.1 532.1 291.9 0.37 0.36 2.22 1.22
STUD3 255.6 92.9 90.0 563.0 308.8 0.36 0.35 2.20 1.21
STUD4 259.4 102.9 99.7 623.6 342.1 0.40 0.38 2.40 1.32
STUD5 241.1 84.9 107.0 353.8 237.7 0.35 0.44 1.47 0.99
STUD6 381.3 131.5 165.7 547.9 368.1 0.34 0.43 1.44 0.97
STUD7 393.8 146.5 184.6 610.4 410.1 0.37 0.47 1.55 1.04
STUD8 376.3 147.9 186.4 616.3 414.1 0.39 0.50 1.64 1.10
STUD9 434.2 132.8 185.9 632.4 321.1 0.31 0.43 1.46 0.74
STUD10 548.3 170.1 238.1 810.0 411.3 0.31 0.43 1.48 0.75
STUD11 568.6 183.9 257.5 875.7 444.6 0.32 0.45 1.54 0.78
STUD12 578.1 206.1 288.5 981.4 498.3 0.36 0.50 1.70 0.86
表 5  栓钉连接件抗剪刚度试验值与计算值比较
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