[發明專利]集束式長短剪力釘的極限抗剪承載力計算方法

有效

• 申請號: 201710694517.9
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107515975B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 劉沐宇;高宗余;張強;盧志芳;鄧曉光;賴苑林;閆龍
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

一種集束式長短剪力釘的極限抗剪承載力計算方法。首先開展集束式長短剪力釘推出試驗和有限元分析，獲得平均單釘極限抗剪承載力，研究長短剪力釘直徑、長度、強度、彈性模量、混凝土強度和彈性模量等參數對剪力釘抗剪承載力的影響規律，利用差分進化法對剪力釘極限抗剪承載力進行非線性回歸分析，建立集束式長短剪力釘單釘的極限抗剪承載力計算公式；然后，研究長短剪力釘所受荷載、極限抗剪承載力、以及鋼梁與混凝土板間相對滑移值，回歸分析得到集束式長短剪力釘的荷載?滑移曲線計算公式。本發明的方法解決了現有規范不能考慮剪力釘不同長度、不同直徑交錯布置來進行承載力計算的難題，為鋼?混組合結構長短剪力釘的設計提供技術支撐。

技術領域

本發明屬于交通運輸業橋涵工程技術領域，具體是涉及一種集束式長短剪力釘的極限抗剪承載力計算方法。

背景技術

鋼-混組合結構能充分發揮混凝土抗壓性能好和鋼材抗拉強度高的優點，近年來在大跨度橋梁建設中應用逐漸增多。為加快鋼-混組合橋梁的建設速度，降低橋梁施工對周邊環境和交通出行的影響，有學者提出把鋼-混組合橋梁中的混凝土橋面板分為上、下兩層，其中下層采用預制混凝土板，與鋼主梁拼裝成預制梁，現場吊裝預制梁后，把下層混凝土板作為上層混凝土板的施工模板與平臺，通過現場澆筑上層混凝土板，使鋼主梁與橋面板形成整體受力結構。

為保證該橋型鋼主梁與上、下層混凝土板的連接可靠性，常用的等長等直徑均布式布置的剪力釘已不適用，應根據上、下層混凝土板的厚度相應采用長、短剪力釘，且長剪力釘與短剪力釘交錯布置組成集束式的小釘群，見圖1，這種布置形式的剪力釘群即稱為集束式長短剪力釘。由于鋼-混組合結構的上層混凝土板離鋼主梁遠，則用長剪力釘錨固，下層混凝土板離鋼主梁近則用短剪力釘錨固，通過長、短剪力釘與鋼主梁的連接，達到結構整體受力的目的。但現有規范中關于剪力釘抗剪承載力的計算，主要針對等長和等直徑布置的剪力釘，對不同長度、不同直徑交錯布置的集束式剪力釘的分析與計算并不適用。因此，根據剪力釘直徑、長度、強度、彈性模量、混凝土強度和彈性模量等參數對剪力釘抗剪承載力的影響規律，發明集束式長短剪力釘的極限抗剪承載力計算方法，掌握剪力釘在彈性和塑性階段的力學行為，為該類型鋼-混組合結構設計提供技術支撐，是十分必要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種集束式長短剪力釘的單釘極限抗剪承載力的計算方法，準確確定集束式長短剪力釘的極限抗剪承載力和荷載-滑移曲線計算公式。

本發明所采用的技術方案是：

一種集束式長短剪力釘的極限抗剪承載力計算方法，其特征在于包括如下步驟：1)開展集束式長短剪力釘推出試驗和有限元分析，獲得剪力釘群的平均單釘極限抗剪承載力，研究長短剪力釘直徑、長度、強度、彈性模量、混凝土強度和彈性模量等參數對剪力釘抗剪承載力的影響規律，利用差分進化法對剪力釘極限抗剪承載力進行非線性回歸分析，建立集束式長短剪力釘單釘的極限抗剪承載力計算公式；2)研究長短剪力釘所受荷載、極限抗剪承載力、以及鋼梁與混凝土板間相對滑移值，回歸分析得到集束式長短剪力釘的荷載-滑移曲線計算公式。

本發明中所述的集束式長短剪力釘極限抗剪承載力的計算方法，其特征在于具體步驟為：

(1)試驗研究長短剪力釘直徑、長度對剪力釘群的平均單釘極限承載力的影響規律，結合有限元模擬混凝土強度和彈性模量、剪力釘強度和彈性模量等參數的變化規律，確定集束式長短剪力釘的單釘極限抗剪承載力計算公式的基本形式為：

式中，P_u為剪力釘的極限承載力，d₁為剪力釘大直徑，d₂為剪力釘小直徑(d₂≤d₁)，E_c為混凝土彈性模量，E_s為剪力釘彈性模量，f_cu為混凝土的立方體抗壓強度，f_u為剪力釘抗拉強度，a、b、c為一般常數；