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摘要：剪力连接件是钢-混凝土组合梁共同工作的关键元件。波折开孔钢板连接件是目前较为新型的剪力连接件。本文详细阐述了国内外关于波折开孔钢板连接件的抗剪性能试验研究成果，并总结了波折开孔钢板连接件的优缺点。
关键词：波折开孔钢板；连接件；抗剪性能；试验研究
0 引言
钢-混凝土组合桥梁是通过剪力连接件将钢梁与混凝土板连接起来共同受力、变形协调的一种梁。剪力连接件的可靠连接作用是混凝土板与钢梁是否能组合成一个整体、共同工作的关键。
以往剪力连接件的形式主要有栓钉、槽钢、弯筋和 PBL 连接件等。近年来，国内学者在原有剪力连接件的基础上进行创新，形成了波折形开孔板连接件[1]。本文主要收集整理了目前国内外关于波折开孔钢板连接件的抗剪性能试验研究的相关文献，并总结了波折开孔钢板连接件的优缺点。
1 波折开孔钢板连接件的受力特点
波折开孔板钢板连接件结构如图 1 所示。这种连接件主要依靠波折形钢板的斜折板及波折形钢板上带钢筋的混凝土榫来抵抗水平剪力。由于波折形钢板与翼缘板的焊缝为折线，在沿梁纵向的单位长度上，该连接件与翼缘板之间的焊缝剪应力比平开孔钢板要低；波折形开孔钢板沿着翼缘纵向布置，还可以起到加劲肋板的作用。相关研究表明波折形开孔板连接件在提高组合结构承载力和抗滑移、抗掀起等方面都有很大的优势[2][3]。
2 波折开孔钢板连接件的试验研究
我国对开孔板连接件的研究工作起步较晚，相关内容并不完善，但由于组合结构的快速发展，目前对开孔板连接件的研究也有了很大的进展。
1999年，宗周红、车惠民等[4]通过对栓钉连接件和开孔板连接件的疲劳和静载破坏试验研究，指出了柔性栓钉连接件和刚性开孔板连接件的破坏机制，并建立了相应的疲劳强度和极限承载力计算公式。
2006年，胡建华、叶梅新等[5]通过15组不同的PBL试件共44个，研究分析了钢板孔洞大小、贯通钢筋的大小、混凝土强度和箍筋强弱、孔洞个数和贯通钢筋的个数以及试件尺寸对PBL连接件的影响，提出了其承载力计算公式。
2006年，刘玉擎等[6]对12个开孔板进行推出试验，研究了混凝土浇筑状态以及有无贯通钢筋对开孔板抗剪性能的影响，得出设置贯通钢筋可以大幅提高抗剪承载力和延性，所处受力状态不同对抗剪刚度和使用阶段承载力影响较大的结果。
2008年，国内学者万水[1]在分析开孔钢板连接件的抗剪受力机理后，提出了波折开孔板连接件的设想，认为波折开孔板除具有开孔板的抗剪作用外，其波折面对混凝土的阻推作用也会起到一定的抗剪效果。
2010年，国内刘凡、陈建兵等[7]对波折开孔板连接件进行了一系列研究，得出了其抗剪性能要优越于开孔板连接件的结论。
2012年，同济大学苏庆田等[8]进行了3个波折开孔板连接件和3个普通开孔板连接件的推出试验，测试了这2种连接件的基本力学性能，得到了波折开孔板连接件的荷载－滑移关系，并拟合出在正常使用状态和极限承载力状态下的相对刚度表达式。
2013年，陈建兵等[9]通过 12 组不同参数的开孔波折板连接件试件进行单调加载受剪试验，研究了不同构造参数的连接件试件的破坏形态、荷载-滑移特性、构造参数对受剪承载力的影响，以及贯穿钢筋的应变、开孔波折板的 von Mises 应力随荷载的变化规律。研究结果表明：开孔波折板连接件的荷载-滑移曲线基本可分为无滑移阶段、弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段；波高和混凝土强度对连接件的承载能力、抗剪刚度、滑移特性等影响显著；开孔波折板焊接边的 von Mises 应力大于自由边，折板段的 von Mises 应力大于平板段，开孔周边板的 von Mises 应力随荷载增加而增加；结构参数相同的试件，贯穿钢筋直径越小，其承担的剪力越大，连接件波高越大，贯穿钢筋承担剪力越小；与开孔板连接件相比，无贯穿钢筋开孔波折板连接件的受剪承载力提高了300%，设置贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了约 200%。
2015年，李淑琴等[10]通过 38个开孔波折板剪力件试件及8个开孔板（PBL）剪力件对比试件的静载推出试验，研究考虑不同参数影响的开孔波折板剪力件静载作用下的受力性能。结果表明：开孔波折板剪力件推出试验过程可以划分为外荷载达到屈服承载力之前的线性阶段、荷载由屈服承载力增加到极限承载力的塑性阶段以及破坏阶段；影响开孔波折板剪力件抗剪承载能力的主要参数为混凝土强度等级、开孔孔径、贯穿钢筋面积、开孔板厚度等。同等条件下，开孔波折板剪力件抗剪承载力比PBL剪力件提高约1.5倍；给出的开孔波折板剪力件屈服承载力及极限承载力计算公式物理意义明确，其计算结果与本文试验结果吻合较好，可用于开孔波折板剪力件的设计计算。
3 波折开孔钢板连接件的优缺点
波折开孔钢板连接件的技术特征在于波形钢板孔中的混凝土和钢筋一起形成钢筋混凝土抗剪榫。水平剪力由波形钢板的斜折板以及波形钢板上带钢筋的混凝土榫来抵抗。波形钢板上带钢筋的混凝土榫还起抵抗拉拔力的作用[3]。根据试验结果得出波折开孔钢板有如下优缺点：
优点：
（1）波形钢板上设置有孔，波形钢板焊接在翼缘板上，不需要专用的焊接设备。
（2）开孔钢板沿着翼缘板纵向布置，可起到加劲板的作用。
（3）波形钢板与翼缘板的焊缝为折线，在沿梁纵向的单位长度上，波形钢板与翼缘板之间的焊缝长度比开孔平钢板与翼缘板之间的焊缝要长，因此在剪力一定的情况下，波形钢板与翼缘板之间的焊缝剪应力比开孔平板与翼缘板之间焊缝上的剪应力要低。
（4）水平剪力由波形钢板的斜折板及波形钢板上带钢筋的混凝土榫来抵抗，因而具有比开孔平板钢板连接件更强的抗剪性能。
（5）相关试验研究表明，开孔波折板连接的组合梁荷载-滑移曲线上没有明显的屈服点，由于拉应变主要由型钢承担，因此组合梁可以发生较大的塑性变形。波折板波段之间的混凝土有较好的塑形性能，从某种程度上造成波折板有较大的压缩区间，钢梁和混凝土翼缘纵向剪力可得到重新分配，使得波折板延性增强，同时间接得出波折板连接件连接的钢-混组合梁具有加好的疲劳性能。
（6）开孔波折板与混凝土接触面积大，在荷载的作用下滑移较小、整体性能较高。发生疲劳破坏时，由应力集中的转角处开始发生破坏，再向两边蔓延，扩展较慢。而栓钉连接的组合梁，当一根栓钉受到破坏时，周围的栓钉受力状态都会随之发生改变。
缺点：
（1）在荷载作用下开孔波折板在转角处容易发生应力集中。
（2）在实际工程中，开孔波折板有较多的焊缝，容易产生焊缝疲劳。陈建兵等人只对开孔波折板连接的组合梁在静力性能方面进行了试验研究，对其疲劳性能方面和在动荷载作用下组合梁的力学性能并未进行探索。开孔波折板作为一种抗剪连接件，连接的组合梁具有承载力高、抗滑移性能强等优点，但在反复疲劳荷载的作用下容易发生疲劳脆性破坏。组合梁的疲劳性能不仅与剪力连接件的刚性有关，还与混凝土等级有关，并伴随着混凝土本构关系的变化而变化，当混凝土吸收能量的能力较强时，开孔波折板的延性较好的发展，从而得到抗剪连接件的疲劳寿命得到提高。
4 结论
波折开孔钢板连接件作为一种新型剪力连接件优点明显，在组合桥梁中的应用越来越广泛，对其进行研究具有一定的创新和工程应用价值。
参考文献：
[1]万水.一种翼缘型抗剪连接件：中国，CN201053146[P].2008-04-30.
[2]力为为.钢-混凝土组合梁波折开孔钢板连接件受力性能试验研究[D].苏州：苏州科技学院，2010.
[3]尤元宝.波折形开孔板连接件的抗剪性能试验研究[D].苏州：苏州科技学院，2012.
[4]宗周红，车惠民.剪力连接件静载和疲劳试验研究[J].福州大学学报（自然科学版），1999，27（6）：61-66.
[5]胡建华，叶梅新，黄琼.PBL 剪力连接件承载力试验[J].中国公路学报，2006，19（6）：65-72.
[6]刘玉擎，周伟翔，蒋劲松 开孔板连接件抗剪性能试验研究[J].桥梁建设，2006（6）：1-4.
[7]刘凡，陈建兵，力为为.基于开孔钢板连接件的组合梁连接性能分析研究[J].建筑科学，2010，26（7）：34-38.
[8]苏庆田，汪瑞，王巍.波折开孔板连接件基本力学性能试验[J].中国公路学报，2012，（02）：46-52.
[9]陈建兵，尤元宝，万水.钢-混凝土组合梁开孔波折板连接件受剪性能试验研究[J].建筑结构学报，2013，（04）：115-123.
[10]李淑琴，万水.钢-混组合结构开孔波折板剪力件静载推出试验[J].长安大学学报（自然科学版），2015，（02）：75-82.
论文作者:马迪辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/8
标签：波折论文; 开孔论文; 连接件论文; 剪力论文; 钢板论文; 组合论文; 承载力论文; 《基层建设》2017年第19期论文;