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1、江苏省高校省级重点实验室开放研究课题申请书 实验室名称: 江苏省结构工程重点实验室 课题名称： 波折开孔板在钢-混凝土组合梁柱中 连接性能的试验研究 申 请 者： 工作单位： 苏州科技学院 通讯地址： 江苏苏州新区滨河路1701号 邮 编： 215011 电 话： Email： 传 真： 申请日期： 2011年11月10号 江苏省教育委员会制研 究 课 题 简 表研究题目名 称波折开孔板在钢-混凝土组合梁柱中连接性能的试验研究英 文Experiment study on Mechanics Property of Corrugated Perfobond Shear Connectors in
2、 Steel-concrete Composite Beam and Column起止年月 2011 年 月 至 2012 年 月所属学科结构工程申请金额3万申请者姓 名身份证号性 别年龄专业学位专业技术职务工作单位苏州科技学院课 题 组总人数高 级中 级初 级辅助人员博士后研究生参加单位主要成员(不含申请者)姓名所在单位专业在项目中的分工签 名主要研 究 内 容 和 意 义摘要主要研究内容：本课题拟通过对两根配有双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁进行梁式试验，对两根配有一对波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合柱进行反复荷载试验，主要进行研究波折开孔钢板连接件抗滑移性能；波折开孔钢板连接件
3、抗剪性能；分析波折开孔板连接件破坏机理；并将比较波折开孔钢板连接件和PBL连接件以及栓钉的抗滑移性能、抗剪性能和破坏机理；同时将研究开孔板的波高因素对梁和柱组合构件波折形开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移曲线特性和受剪承载力的影响。最后本课题将以试验结果为依据，建立有限元计算模型，进行了有限元分析，并将有限元计算结果与试验结果进行对比分析。意义：目前使用的抗剪连接件没有针对连接件的受力特性对其自身的几何形状和尺寸进行优化以提高承载力，也没有在周围混凝土中设置专门的钢筋以增加延性。如能在抗剪连接件的形式上进行改进，则能使组台梁和柱的优势充分发挥，进一步向大跨度方向发展，在保证承载力、刚度及延性的同
4、时更节省材料以保障经济性。本课题在现有的开孔钢板连接件的基础上，进行优化改进形成一种波折开孔钢板连接件。波折开孔钢板连接件作为一种新型剪力连接件优点明显，对其进行研究有一定新意和工程应用价值。一、立项依据（包括本课题的研究意义、国内外研究概况和发展趋势）1、该波折开孔板连接件的技术方案具有以下有益效果：(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，可以起到加劲板的作用。(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，所以在剪力一定的情况下，波形钢板与翼缘板之
5、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以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。波折开孔钢板连接件作为一种新型剪力连接件优点明显，对其进行研究有一定新意和工程应用价值。2. 国内外的研究动态及发展趋势 （1）国外研究早在 20 世纪30年代，瑞典VaelleyA 和Branzen对6个设有螺旋筋连接件的组合梁进行了静力试验。从这个时期一直到50年代左右，桥梁及房屋建筑领域抗剪连接件主要采用的是螺旋筋和锚筋(弯筋)，后来随着研究的深入，它们则逐渐被栓钉和槽钢所代替。在接下来的几十年中，各国学者采用不同的试验
6、方法、加载方式等对栓钉连接件进行了深入的研究。直到1987年德国的Leonhardt等人提出将设置圆孔的钢板沿着作用力方向、埋设在混凝土中作为连接件使用，德文称为Perfobond Leiste(PBL)。通过试验得出孔中混凝土具有很大的销栓作用，其最终破坏是孔中混凝土的剪切破坏，受疲劳的影响较小。当时，这种连接件运用在钢混组合梁上，最初德国的开孔板孔中并没有贯穿钢筋。后来研究人员在钢板的孔中贯穿钢筋，发现这样可以进一步提高开孔板连接件的抗剪性能。经研究表明，当设置贯通钢筋时，使围绕开孔板连接件的混凝土受到约束。目前开孔板连接件已运用到许多桥梁工程中。（2）国内研究1990年郑州工学院进行了1
7、0个推出试验和2个压型钢板组合梁的疲劳试验研究。根据试验结果，得到了栓钉连接件的疲劳寿命公式。胡建华、叶梅新等设计制作了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PBL剪力连接件的承载力计算公式。薛伟辰、代燕等通过21个开孔板连接件试件在单调静力荷载作用下的推出试验，研究了开孔板的开孔直径、孔中贯通钢筋的直径和数量等对开孔板连接件破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载力的影响，并基于试验结果提出了开孔板连接件受剪承载力的计算方法。刘玉擎等对12个开孔板进行推出试验，研究了混凝土浇筑状
8、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。二、主要研究内容、关键技术和创新之处1、主要研究内容：(1)分析波折开孔板连接件的抗剪极限承载力及对应的滑移量；(2)分析波折开孔板连接件的破坏机制及荷载-滑移规律；(3)分析波折开孔板连接件抗剪承载力的影响因素；(4)得出波折开孔板连接件抗剪极限承载力计算公式；(5)比较栓钉、PBL和波折开孔板三种连接件的受力性能、破坏机理和承载力计算公式。(6)并研究波高因素对组合梁和组合柱波折形开孔板连接件的破坏形态、荷载滑移曲线特性、滞回曲线特性和受剪承载力
9、的影响。2、关键技术：该连接件的技术特征在于在翼缘板上沿钢腹板的方向焊接连开孔波形钢板，钢筋穿过波形钢板上的孔。波形钢板的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、创新之处：本课题是根据现有的开孔钢板连接件优化形成一种波折开孔钢板连接件。该连接件是在翼缘板上沿钢腹板的方向焊接连接有两排波形开孔钢板，在波形钢板孔内穿入贯通钢筋，波形钢板的孔中的混凝土和钢筋一起形成钢筋混凝土抗剪榫。因此水平剪力将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，因而其具有比开孔平板钢板连接件
10、更强的抗剪性能。同时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，所以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三、拟采取的研究方案和技术路线本课题拟先通过大量相关文献的阅读对波折开孔板连接件的连接性能进行初步的分析，再通过试验的研究和数值分析来深入研究其承载力、破坏机制及荷载-滑移等内容，并与其他形式连接件进行对比，从而为波折板连接件的应用和推广提供理论依据。（1）试验研究部分l 试验目的：本课题通过对四根配有波折开孔板连接件钢-混凝土组合梁进行梁式试验，其中两根分别改
11、变了开孔板的波高、贯穿钢筋直径两参数，研究这种波折开孔板剪力连接件的受力性能及机理，为该种剪力键在我国的推广提供理论依据。l 试件形式：图3. 波折开孔板连接件示意图l 试验的主要内容：-荷载值：主要为竖向荷载(梁试验)和水平往复荷载（柱试验）；-荷载作用下构件的变形；钢梁和混凝土板叠合面上的滑移；-钢梁应变、混凝土板应变、钢梁与混凝土板应变是否同步、波折板的竖向应变及上下两层横向插筋的应变；-试件在加载过程中挠度曲线的形状和发展趋势；-试件在加载过程中的滞回曲线。（2）数值分析部分：根据波折连接件钢-混凝土组合结构的特点,对混凝土、型钢、钢(箍)筋、波折板分别选用不同的单元进行建模，通过变化
12、参数进行系列分析。四、预期目标和工作计划1、预期达到的目标 （1）得出波折板连接件抗剪承载力计算公式：（2）研究波折板连接件试件的破坏机理：（3）研究波高因素对组合梁和组合柱波折形开孔板连接件连接性能的影响大小：（4）与有限元分析比较，为更好地分析参数变化对波折板连接件的性能提供试验基础保证；（5）与其他连接件对比分析，阐明波折板连接件的优越性。2、工作计划 本课题通过对两根配有双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁进行梁式试验，对两根配有一对波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合柱进行反复荷载试验，其中改变了开孔板的波高参数，用于研究其对波折连接件连接性能的影响大小，并将配有波折开孔板连接件的
13、钢-混凝土与普通栓钉钢-混凝土组合梁进行对比。同时，结合梁式试验数据进行分析。从而，获得其力学性能的比较，并将模型试验与有限元仿真分析相结合五、前期工作基础(1) 阅读并搜集大量的相关文献，从理论上先进行分析，与其他连接件对比分析，理论上阐明波折板连接件的优越性。(2) 深入学习相关软件知识，如ANSYS，为准确地进行有限元分析垫下基础。六、所需实验条件梁试件拟利用5000KN长柱试验机对试件进行加载，如图1所示,试件简支安装，采用两点对称静力加载，荷载由试验机控制。试验采用分级加载，构件开裂前每级加载为100KN，开裂后每级加载50KN，直到构件破坏，试验中每级荷载保持5min后采集数据。 图1梁试验加载装置柱试件拟利用500KN电液伺服加载器（如图2）对试件进行加载，如图2所示,试件悬臂安装，采用顶端单点静力往复加载，荷载由电脑系统控制。试验采用分级加载，构件开裂前每级加载为10KN，开裂后每级加载50KN，直到构件破坏，试验中每级荷载保持5min后采集数据。图2柱试验加载装置八、申请者所在单位推荐意见 领导签字： 单位盖章 年 月 日九、重点实验室学术委员会审查意见学术委员会主任：
