[发明专利]集束式长短剪力钉的极限抗剪承载力计算方法

说明书

一种集束式长短剪力钉的极限抗剪承载力计算方法。首先开展集束式长短剪力钉推出试验和有限元分析，获得平均单钉极限抗剪承载力，研究长短剪力钉直径、长度、强度、弹性模量、混凝土强度和弹性模量等参数对剪力钉抗剪承载力的影响规律，利用差分进化法对剪力钉极限抗剪承载力进行非线性回归分析，建立集束式长短剪力钉单钉的极限抗剪承载力计算公式；然后，研究长短剪力钉所受荷载、极限抗剪承载力、以及钢梁与混凝土板间相对滑移值，回归分析得到集束式长短剪力钉的荷载‑滑移曲线计算公式。本发明的方法解决了现有规范不能考虑剪力钉不同长度、不同直径交错布置来进行承载力计算的难题，为钢‑混组合结构长短剪力钉的设计提供技术支撑。

技术领域

本发明属于交通运输业桥涵工程技术领域，具体是涉及一种集束式长短剪力钉的极限抗剪承载力计算方法。

背景技术

钢-混组合结构能充分发挥混凝土抗压性能好和钢材抗拉强度高的优点，近年来在大跨度桥梁建设中应用逐渐增多。为加快钢-混组合桥梁的建设速度，降低桥梁施工对周边环境和交通出行的影响，有学者提出把钢-混组合桥梁中的混凝土桥面板分为上、下两层，其中下层采用预制混凝土板，与钢主梁拼装成预制梁，现场吊装预制梁后，把下层混凝土板作为上层混凝土板的施工模板与平台，通过现场浇筑上层混凝土板，使钢主梁与桥面板形成整体受力结构。

为保证该桥型钢主梁与上、下层混凝土板的连接可靠性，常用的等长等直径均布式布置的剪力钉已不适用，应根据上、下层混凝土板的厚度相应采用长、短剪力钉，且长剪力钉与短剪力钉交错布置组成集束式的小钉群，见图1，这种布置形式的剪力钉群即称为集束式长短剪力钉。由于钢-混组合结构的上层混凝土板离钢主梁远，则用长剪力钉锚固，下层混凝土板离钢主梁近则用短剪力钉锚固，通过长、短剪力钉与钢主梁的连接，达到结构整体受力的目的。但现有规范中关于剪力钉抗剪承载力的计算，主要针对等长和等直径布置的剪力钉，对不同长度、不同直径交错布置的集束式剪力钉的分析与计算并不适用。因此，根据剪力钉直径、长度、强度、弹性模量、混凝土强度和弹性模量等参数对剪力钉抗剪承载力的影响规律，发明集束式长短剪力钉的极限抗剪承载力计算方法，掌握剪力钉在弹性和塑性阶段的力学行为，为该类型钢-混组合结构设计提供技术支撑，是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力的计算方法，准确确定集束式长短剪力钉的极限抗剪承载力和荷载-滑移曲线计算公式。

本发明所采用的技术方案是：

一种集束式长短剪力钉的极限抗剪承载力计算方法，其特征在于包括如下步骤：1)开展集束式长短剪力钉推出试验和有限元分析，获得剪力钉群的平均单钉极限抗剪承载力，研究长短剪力钉直径、长度、强度、弹性模量、混凝土强度和弹性模量等参数对剪力钉抗剪承载力的影响规律，利用差分进化法对剪力钉极限抗剪承载力进行非线性回归分析，建立集束式长短剪力钉单钉的极限抗剪承载力计算公式；2)研究长短剪力钉所受荷载、极限抗剪承载力、以及钢梁与混凝土板间相对滑移值，回归分析得到集束式长短剪力钉的荷载-滑移曲线计算公式。

本发明中所述的集束式长短剪力钉极限抗剪承载力的计算方法，其特征在于具体步骤为：

(1)试验研究长短剪力钉直径、长度对剪力钉群的平均单钉极限承载力的影响规律，结合有限元模拟混凝土强度和弹性模量、剪力钉强度和弹性模量等参数的变化规律，确定集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力计算公式的基本形式为：

式中，P_u为剪力钉的极限承载力，d₁为剪力钉大直径，d₂为剪力钉小直径(d₂≤d₁)，E_c为混凝土弹性模量，E_s为剪力钉弹性模量，f_cu为混凝土的立方体抗压强度，f_u为剪力钉抗拉强度，a、b、c为一般常数；