装配式栓钉剪力连接件抗剪承载力试验研究

2019-07-25杨未蓬李成君宋小明周志祥

铁道建筑 2019年6期

杨未蓬，李成君，宋小明，周志祥,4

(1.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074；2.四川交通职业技术学院，四川成都 611130;3.成都地铁运营有限公司，四川成都 610000；4.重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地，重庆 400074)

图1 普通栓钉连接件图2 装配式栓钉剪力连接件

Slutter等[3]认为推出试验结果可作为评判栓钉连接件抗剪能力的依据。对于普通栓钉剪力键的抗剪性能，已有很多学者采用推出试验开展了研究。聂建国等[4]针对高强混凝土组合梁进行试验研究，并提出了栓钉受剪承载力的计算方法；An等[5]提出了考虑混凝土强度以及钢筋和混凝土相互作用的承载能力的计算公式；丁发兴等[6]对组合结构进行了抗剪性能推出试验，考虑栓钉直径、屈服强度等因素，提出了不同因素影响下单个栓钉抗剪承载力计算公式；薛伟辰等[7]进行了栓钉抗剪试件在单调荷载作用下的推出破坏试验，考虑栓钉直径、混凝土强度等级等影响因素，得出抗剪承载能力变化规律。

1 推出试验设计

2个试件尺寸均为95 cm×45 cm×70 cm，见图3。每个试件由2个带有栓钉的预制式混凝土桥道板和1个钢箱构成，通过焊接传力板和钢箱形成整体，完成装配化施工。施工工艺见图4。每个装配式栓钉连接件由2列栓钉组成，沿试件高度方向每列布置5排栓钉，整个试件共布置20颗栓钉。栓钉构造尺寸为φ13 mm×80 mm，实测屈服强度为369 MPa，抗拉极限强度为498 MPa；传力板构造尺寸为950 mm×8 mm×60 mm，钢板厚8 mm。桥道板采用C50强度等级的混凝土，实测立方体抗压强度为55.2 MPa。

图3 试件尺寸(单位：mm)

图4 施工工艺

为研究装配式栓钉在静载下的受剪性能，采用推出试验的方法对装配式栓钉连接试件进行研究，以栓钉剪断破坏为控制依据。在重庆交通大学国家重点实验室完成整个试验加载过程，试验装置选择千吨压力试验机，见图5。为了消除仪器仪表的使用误差，加载前须对试件进行预加载。预加载时应控制荷载大小，避免混凝土和钢箱直接产生相对滑移。为了记录试件的整个破坏过程，预加载完成后先采用力加载，按0.2的比例等级逐步加载，直到试件达到极限承载能力；再采用位移加载，加载速率控制在3 mm/h左右，直至试件完全破坏。试件共安装6个百分表，每块桥道板上对称设置3个，如图6所示。其中Vab表示位于a排b列的特征测点位置。

图5 加载装置图6 主要测点布置(单位:mm)

2 试验结果分析

2.1 破坏形态

栓钉剪断即认为本次试验结束，但栓钉布置在装配式栓钉连接件的内部，无法直观判断。因此只能依据试件在加载过程中发出的声响予以判断。同时需要在试验结束后解剖试件，观察内部栓钉的破坏形态并判别其承载性能的强弱，记录试验现象。

在完成预加载后开始推出破坏试验。记录试件1在加载过程中的破坏现象：当加载的荷载大小为850 kN 时，轻微的混凝土开裂声从试件内部传出；当荷载继续增加到 1 150 kN 时，在桥道板的板肋根部混凝土发现水平裂缝，伴随着轻微的噪声裂缝持续扩散；随着荷载逐步增加到 1 500 kN，试件不断产生噪声，此时混凝土桥道板板肋处的传力板和混凝土产生相对滑移并逐渐分离；当荷载为 1 518 kN 时，裂缝发展迅速，相对滑移量持续加大，继续加载试件的承载力不再继续增加反而出现下降的现象；当荷载为 1 490 kN，试件内部栓钉开始剪断，相对滑移量增大迅速，同时伴随着一声巨响，所有栓钉剪断，荷载不再下降。试件的最终承载力保持在690 kN，标志着试件推出破坏试验结束。

为了观察装配式栓钉和混凝土的破坏情况，剖开破坏的试件，发现栓钉根部剪断位置处有颈缩现象，栓钉根部发生了很大的塑性变形且局部混凝土剥落；栓钉周边混凝土仅出现细小裂纹，没有明显贯穿式裂纹，试件破坏形态见图7。