钢-UHPC组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法

本技术涉及建筑设计领域，具体而言，涉及一种钢-uhpc组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法。

背景技术：

1、钢-混凝土组合梁因受力合理、经济性好、施工便捷等优势得到广泛应用。剪力钉和pbl连接件是钢-混凝土组合梁中常用的两种连接方式，其中剪力钉连接件的标准化程度高、抗疲劳性能好，但易引发应力集中导致混凝土开裂；pbl连接件凭借混凝土榫效应抗剪承载力较高，但因刚度过大致易使脆性破坏风险增加。超高性能混凝土（uhpc）具有优异的抗压抗拉强度、高韧性与低收缩特性，可显著提高结构刚度与延性，为提高其组合结构的力学性能，利用剪力钉与pbl连接件两者的优势组合形成复合剪力连接件，能够改善应力分布并提升结构性能。

2、现有钢-uhpc组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法只能沿用普通混凝土结构中的经验公式，不能充分考虑uhpc的高强约束效应、钢纤维增强作用以及多孔布置的折减效应，导致计算偏差较大。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种钢-uhpc组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法，能够准确反映复合连接件各部件间的协同增强与折减规律，显著提升钢-uhpc组合梁剪力连接设计的效率与精度。

2、本技术是这样实现的：

3、本技术提供一种钢-uhpc组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法，包括以下步骤：

4、分析uhpc对剪力钉承载力的提升作用及多排剪力钉之间的相互影响引入uhpc材料增强系数和群钉效应增强系数，得到uhpc中多排剪力钉的抗剪承载力计算公式；

5、将pbl连接件的抗剪承载力分解为端部承压、混凝土榫抗剪及贯穿钢筋抗剪，并对多孔布置时孔间损伤重叠导致的承载力折减引入多孔折减系数，得到uhpc中pbl连接件的抗剪承载力计算公式；

6、将uhpc中多排剪力钉的抗剪承载力计算公式与pbl连接件的抗剪承载力计算公式线性叠加，并引入复合折减效应，得到uhpc中剪力钉和pbl复合连接件的抗剪承载力计算公式。

7、在一些可选的实施方案中，uhpc中多排剪力钉的抗剪承载力计算公式

pu,m如下：

8、；

9、式中，m为剪力钉排数；ast为剪力钉的截面面积；fc、fst分别为混凝土立方体抗压强度和剪力钉的抗拉强度；ec、es分别为混凝土和剪力钉的弹性模量；为uhpc材料增强系数，反映uhpc高强特性对剪力钉承载力的提升作用，由试验数据拟合得到，取2.164；为群钉效应增强系数，等于多排剪力钉中单钉承载力与单排剪力钉中单钉承载力之比，采用渐进线函数进行拟合得到。

10、在一些可选的实施方案中，采用以下公式计算群钉效应增强系数：

11、；

12、式中，m为剪力钉排数。

13、在一些可选的实施方案中，uhpc中单孔pbl连接件的抗剪承载力计算公式如下：

14、；

15、式中，

pu为uhpc中单孔pbl连接件的抗剪承载力；

pe为开孔钢板端部对混凝土承压作用；

pc为混凝土榫的抗剪作用；

ps为贯穿开孔钢板上开孔钢筋的抗剪作用；为端部混凝土提高系数；

h为开孔钢板高度；

fc为混凝土立方体抗压强度；为混凝土样强度提高系数；

ac为开孔钢板上uhpc的截面面积；

as为贯穿钢筋横截面面积；为混凝土样强度提高系数；k为待定系数，反映混凝土榫在pbl连接件中的实际参与程度；

vf、

lf、

df分别为钢纤维体积掺量、长度和直径；

fy为贯穿钢筋屈服强度。

16、在一些可选的实施方案中，uhpc中多孔pbl连接件的抗剪承载力计算公式如下：

17、；

18、；

19、式中，

pe为开孔钢板端部对混凝土承压作用；

pc为混凝土榫的抗剪作用；

ps为贯穿开孔钢板上开孔钢筋的抗剪作用；为端部混凝土提高系数；

h为开孔钢板高度；

fc为混凝土立方体抗压强度；为混凝土样强度提高系数；

ac为开孔钢板上uhpc的截面面积；

as为贯穿钢筋横截面面积；为混凝土强度提高系数；k为待定系数，反映混凝土榫在pbl连接件中的实际参与程度；

vf、

lf、

df分别为钢纤维体积掺量、长度和直径；

fy为贯穿钢筋屈服强度；n为pbl开孔数；为开孔折减系数。

20、在一些可选的实施方案中，为0.95，为1.06，为取1.32，

k为0.07。

21、在一些可选的实施方案中，uhpc中单排剪力钉和单孔pbl复合连接件的抗剪承载力计算公式如下：

22、；

23、式中，

m1为剪力钉总数；

n为pbl开孔数量；

a、

b、

c、

d、

k为待定系数，反映各个对应部件在复合连接件中的实际参与程度；

ast为剪力钉的截面面积；

fc、

fst为混凝土立方体抗压强度和剪力钉的抗拉强度；

ec、

est为混凝土和剪力钉的弹性模量；

h为开孔钢板高度；

t为开孔钢板厚度；

acd为混凝土榫面积；

vf为钢纤维体积掺量；

lf为钢纤维长度；

df为钢纤维直径；

apr为贯穿钢筋面积；

fpr为贯穿钢筋屈服强度。

24、在一些可选的实施方案中，

a为2.94，

b为0.95，c为取1.03，

d为1.32。

25、在一些可选的实施方案中，uhpc中多排剪力钉和多孔pbl复合连接件的抗剪承载力计算公式如下，

26、；

27、；

28、式中，

m1为剪力钉总数；

n为pbl开孔数量；

a、

b、

c、

d、

k为待定系数，反映各个对应部件在复合连接件中的实际参与程度；

h为开孔钢板高度；

ast为剪力钉的截面面积；

fc、

fst为混凝土立方体抗压强度和剪力钉的抗拉强度；

ec、

est为混凝土和剪力钉的弹性模量；

h为开孔钢板高度；

t为开孔钢板厚度；

acd为混凝土榫面积；

as为贯穿钢筋横截面面积；

fy为贯穿钢筋屈服强度；

vf为钢纤维体积掺量；

lf为钢纤维长度；

df为钢纤维直径；λ为多孔折减系数；

e为pbl开孔板中相邻开孔之间的净距。

29、在一些可选的实施方案中，

a为2.94，

b为0.95，c为取1.03，

d为1.32。

30、本技术的有益效果是：本技术提供的钢-uhpc组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法包括以下步骤：分析uhpc对剪力钉承载力的提升作用及多排剪力钉之间的相互影响引入uhpc材料增强系数和群钉效应增强系数，得到uhpc中多排剪力钉的抗剪承载力计算公式；将pbl连接件的抗剪承载力分解为端部承压、混凝土榫抗剪及贯穿钢筋抗剪，并对多孔布置时孔间损伤重叠导致的承载力折减引入多孔折减系数，得到uhpc中pbl连接件的抗剪承载力计算公式；将uhpc中多排剪力钉的抗剪承载力计算公式与pbl连接件的抗剪承载力计算公式线性叠加，并引入复合折减效应，得到uhpc中剪力钉和pbl复合连接件的抗剪承载力计算公式。本技术提供的钢-uhpc组合结构中复合剪力连接件的抗剪承载力计算方法通过引入uhpc材料增强系数、群钉效应增强系数和考虑多孔布置时孔间损伤重叠导致的承载力折减产生的多孔折减系数，能够准确反映复合连接件各部件间的协同增强与折减规律，显著提升钢-uhpc组合梁剪力连接设计的效率与精度。