使用香港本地骨料的实心混凝土板中剪力钉的抗剪性能研究外文翻译资料
2023-02-07 10:02
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第十二届东亚-太平洋结构工程和施工会议
使用香港本地骨料的实心混凝土板中剪力钉的抗剪性能研究
M. H. SHENa*,K. F. CHUNGa
a土木与结构工程系，香港理工大学，红磡，九龙，香港特别行政区，中华人民共和国
摘要：一般来说，在香港很少有关于使用香港本地骨料的混凝土板与带头剪力钉在典型界面剪力连接的抗剪承载力的实验报告。此外，虽然带头剪力钉中任何拉力的存在会显著降低其抗剪承载力是共识，但在众多关于混凝土板中剪力钉抗剪抗拉联合性能的论文中很少有测试数据。因此，为了给香港地区的建造提供关于界面剪力连接的结构行为的技术指导和设计数据，总共进行了十二次推出试验来测试剪力钉的抗剪性能，试验按照以下两种试验方案进行i）标准推出实验中，剪力钉直接承受剪力ii）改进的推出实验中剪力钉承受剪力与拉力联合作用。需要注意的是，试验采用了欧洲规范4中推荐的标准试验安排，使用的是钉身直径19mm的剪力钉和C30混凝土。一些细节，例如测试结果记录在本文中。此外，对样本测试所得的荷载-滑移曲线进行了合理的分析，从而提出了两个标准荷载-滑移曲线来描述整个加载过程中剪力连接的结构行为。
copy;2011年由爱思唯尔有限公司出版
关键词：抗剪，剪力拉力联合作用，推出实验，荷载-滑移曲线
1引言
在组合结构中，为了确保混凝土和钢筋作为一个整体来抵抗外荷载，剪力连接件对于传递混凝土板或者混凝土芯与型钢之间的竖向剪力是十分必要的。建筑结构中最常使用的剪力连接件是剪力钉，为了达到剪力钉和周围混凝土之间有效的表面剪力连接需要做到以下几点：
a) 较高的平移刚度（Ks），这样在达到0.5mm的滑移前就能达到0.5Qm的剪切抗力
b) 在达到5-6mm的滑移前就能充分调动起来的较高剪切抗力（Qm），并且伴随少量混凝土破碎开裂
c) 较高的残余剪切抗力(Qu)，在达到7-8mm的滑移时不低于0.8Qm，并且伴随着有限的混凝土破碎开裂
有效界面剪力连接的典型荷载-滑移曲线如图一所示，需要注意的是剪力钉的头部对于阻止大变形时混凝土和钢筋的错动是必要的
*通讯作者
邮件地址：cekchung@polyu.edu.hk
施加剪力Q
滑移S（mm）
由于混凝土过度破碎开裂或者剪力钉破坏，强度下降
图一：表面剪力连接的典型荷载-滑移数据
还要注意的是许多现行决定剪力钉静态抗剪承载力的钢铁规范中所广泛采用的设计方法是基于奥尔加得等人在1971年所做的研究工作。在欧洲规范4（BSI2004）和香港钢铁规范（BD2005）中，每一个剪力钉的抗剪承载力都是取下列两个式子中所求得数值的较小值
（1a）
或者
（1b）
式中fc为混凝土抗压强度；Ecm 为混凝土平均弹性模量；d为剪力钉钉身直径；fu 为钉身抗拉强度。但是，Ecm的值由下式求得
欧洲规范4（BSI 2004） （2a）
香港混凝土规范（BD 2004） （2b）
式中为混凝土圆柱体抗压强度， 为混凝土立方体抗压强度
这些表达式体现了由于在不同地点使用当地骨料而造成的大约20%-30%的混凝土弹性模量差别。因此，设计实验来提供无论何时使用不同混凝土材料都能适用的表面剪力连接件抗剪承载力的设计数据是必要的。
2. 目标和工作范围
一般来说，在香港很少有关于使用本地骨料的混凝土板与剪力钉在典型界面剪力连接的抗剪承载力的实验报告。此外，虽然剪力钉中任何拉力的存在会显著降低其抗剪承载力是共识，但在众多关于混凝土板中剪力钉抗剪抗拉联合性能的论文中很少有测试数据。因此，为了给香港地区的建造提供关于界面剪力连接的结构行为的技术指导和设计数据，总共进行了十二次推出实验来测试剪力钉的抗剪性能，试验按照以下两种试验方案进行i）标准推出实验中，剪力钉直接承受剪力ii）改进的推出实验中剪力钉承受剪力与拉力联合作用。
3.实验研究
在本实验中，为了获得使用钉身直径19mm的剪力钉和C30混凝土板的典型界面剪力连接的荷载-滑移曲线，设计了如下两组推出实验
3.1系列A1和A2的标准推出实验
对于简单的剪力加载条件，采用的是欧洲规范4（BSI 2004）所提供的实验安排，如图2a所示。应当注意的是试验样品中采用了大型混凝土板和两排剪力连接件，必要时来允许试验样品间显著的荷载分配，
3.2系列B1和B2的改良推出实验
为了在整个加载过程中一直向剪力钉施加剪力和拔出力，将上文提及的标准实验安排中钢筋和混凝土板之间的接触面改为倾斜的，如图2b所示。倾斜角度theta;被设计成15°，这样以来在整个加载过程中每个剪力钉的拔出力一直等于0.267倍的剪力
试验方案总结在表1中。需要注意的是大部分的试验样品都是承受有限数量的低量级循环荷载，来测试它们荷载-滑移行为的一致性。所施加的荷载采取荷载控制的方式来稳定的加载，并且当荷载下降值达到所记录到最大荷载的20%后终止试验。
位移传感器
b:系列B1和B2
a:系列A1和A2
图2：推出试验
此外，试验装置不仅能用来测量样品不同测点的滑移，也能用来监测整个样品的倾斜。如果在测试过程中试验样品出现了过度的倾斜，剪力钉之间的应力分布将变得不均匀，并且因此连接间的抗剪性能将被严重低估。
表1：试验方案和试验结果
|
系列 |
加载程序 |
测试编号 |
fcu(N/mm2) |
Qm(KN) |
eta;=35/fcu |
eta;Qm(KN) |
Sm(mm) |
Su(mm) |
强度下降 |
|
A1 |
CLP |
1 |
37.15 |
125.7 |
0.94 |
118.2 |
7.0 |
9.7 |
CF |
|
LP40 |
2 |
37.60 |
124.2 |
0.93 |
115.5 |
6.1 |
9.0 |
CF |
|
|
LP40 |
3 |
37.69 |
122.6 |
0.93 |
114.0 |
6.4 |
9.1 |
CF＆SF |
|
|
A2 |
LP40 LP75 |
4 |
38.52 |
142.6 |
0.91 |
129.8 |
7.2 |
8.6 |
CF＆SF |
|
LP40 LP75 |
5 |
38.53 |
135.6 |
0.91 |
123.4 |
6.1 |
7.5 |
CF＆SF |
|
|
LP40 LP75 |
6 |
38.55 |
132.7 |
0.91 |
120.8 |
6.3 |
8.8 |
CF＆SF |
|
|
B1 |
CLP |
7 |
38.13 |
110.7 |
0.92 |
101.8 |
8.0 |
10.6 |
CF |
|
LP40 |
8 |
38.22 |
113.3 |
0.92 |
104.2 |
9.4 |
10.7 |
SF |
|
|
LP40 |
9 |
38.40 |
113.6 |
0.91 |
103.4 |
9.4 |
10.3 |
SF |
|
|
B2 |
LP40 LP75 |
10* |
38.40 |
104.9 |
0.91 |
95.6* |
6.5 |
9.9 |
CF＆SF |
|
LP40 LP75 |
11 |
38.42 |
118.0 |
0.91 |
107.4 |
6.8 |
10.6 |
CF＆SF |
|
|
LP40 LP75 |
12 |
38.45 |
117.6 |
0.91 |
107.0 |
7.2 |
10.2 |
CF＆SF |
注：
Qm 测得的每个连接的抗剪承载力
H 用于将抗剪强度标准化为35Mpa的混凝土强度的修正系数
Sm 当Qm达到最大时的连接件滑移
Su 当达到Qu或者0.8 Qm时的连接件滑移
CF 指由于混凝土的过度破碎和开裂，曲线逐渐下降
SF 指由于剪力钉的断裂，曲线突然下降
* 由于样品过度倾斜，在后来的分析中取消了测试10
4.试验结果
4.1材料特性
为了在实践中模拟混凝土板的混凝土浇筑过程，所有试验样品的混凝土都是在一个水平位置浇筑，因此试验样品被分成两批浇筑，一共制作了24块混凝土立方体试块来测试混凝土的抗压强度，并且取这两组混凝土试块的平均抗压强度作为混凝土板的抗压强度。总体上，测试结果是基
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