本發(fā)明涉及橋梁工程中剪力連接件抗剪剛度確定，具體涉及一種有預(yù)留孔螺栓剪力連接件抗剪剛度確定方法。

背景技術(shù)：

1、鋼-混凝土組合梁是指采用鋼材和混凝土兩種材料，通過剪力連接件將鋼梁和混凝土連接成整體，并共同受力的梁式結(jié)構(gòu)，充分利用鋼材抗拉和混凝土抗壓的材料特性，同時確保材料的有效利用率。剪力連接件的常見形式如圖1所示，剪力連接件01是鋼梁03和混凝土板02協(xié)同工作的關(guān)鍵部件，直接影響鋼梁03與混凝土板02交界處剪應(yīng)力的傳遞，抗剪剛度定義為引起剪力連接件01單位剪切變形時所需要的應(yīng)力，它直接反映剪力連接件抵抗剪切變形的能力。剪力連接件01包括栓釘、螺栓和開孔鋼板（pbl）連接件，請參考圖2，三者的荷載-滑移曲線大致相同，縱坐標為剪切載荷p，橫坐標為滑移s，其中pu和su分別表示最大剪切荷載和最大滑移。曲線包括近似線彈性階段04、塑性階段05和下降階段06，目前國內(nèi)外確認剪力連接件抗剪剛度的方法一般是基于荷載-滑移曲線推導(dǎo)的。即采用荷載-滑移曲線上特定百分比的極限剪切荷載處或等效滑移處的割線斜率，例如歐洲規(guī)范4規(guī)定剪力連接件的剛度計算方法為0.9倍最大荷載處的割線斜率。

2、然而，該類方法運用的前提是已知構(gòu)件的荷載-滑移曲線，即要進行推出試驗或直接剪切試驗，而且不同的剪力連接件荷載-滑移曲線特征差距較大，該方法依賴于不同研究人員的試驗情況、經(jīng)驗和主觀判斷，缺乏統(tǒng)一的理論指導(dǎo)，只能籠統(tǒng)的計算一個抗剪剛度作為參考，適用性差。歐洲規(guī)范4所提供的算例是栓釘連接件，在達到最大荷載前，曲線特征為一條單調(diào)遞增的線，且其相對滑移一般小于9mm，而針對螺栓或pbl連接件存在相對滑移較大且上升階段有平臺期等問題，該類公式不具有通用性。此外，國內(nèi)外研究剪力連接件抗剪剛度，特別是針對螺栓和pbl連接件，少之又少，有必要采用統(tǒng)一的框架建立一個更通用、更合理的剪力連接件抗剪剛度計算方法。

3、目前的研究中，在研究荷載-滑移行為方面，一些方案中通過對推出試驗結(jié)果的非線性回歸分析和采用經(jīng)典ollgaard本構(gòu)定律進行理論分析，得出針對栓釘剪力連接件和單個剪力連接件的指數(shù)形式荷載-滑移關(guān)系表達式。一些方案中提出了針對裝配式鋼-薄層超高性能混凝土大直徑群栓釘連接件的荷載-滑移關(guān)系理論模型。這些方案中都是對栓釘?shù)暮奢d-滑移關(guān)系的研究。

4、一些方案中，采用試驗和有限元模型研究了鋼-鋼纖維混凝土組合梁螺栓連接件的受力性能，并提出了預(yù)測高強螺栓連接件荷載-滑移關(guān)系的設(shè)計公式。一些方案中，分析了螺栓剪力連接件荷載-滑移關(guān)系三個階段的特征，并建立了直徑16mm螺栓剪力連接件的荷載-滑移簡化模型。這些方案中都是對螺栓的荷載-滑移關(guān)系的研究。

5、一些方案中，采用歸一化方法分析了混凝土榫抗剪剛度、貫穿鋼筋抗拉能力對pbl連接件各工作階段荷載-滑移關(guān)系的影響，提出了加載全過程的荷載滑移關(guān)系公式，并認為荷載-滑移曲線可劃分為彈性段、彈塑性段和強化段。一些方案中深入分析了混合結(jié)構(gòu)pbl剪力鍵的受力機理及其重要的影響因素，提出了混合結(jié)構(gòu)pbl剪力鍵的極限承載力計算公式，給出了pbl剪力鍵彈性極限及屈服極限下的特征荷載及對應(yīng)滑移，最后得到了pbl剪力鍵加載全過程的荷載-滑移特征曲線。這些方案中都是對pbl的荷載-滑移關(guān)系的研究。

6、在研究抗剪剛度方面，一些方案中，通過對116次推出試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析，提出荷載-滑移曲線上0.5倍剪切極限荷載處的切線模量法。一些方案中通過40次推出試驗，分析了栓釘?shù)淖冃翁攸c和受力機理，并通過零截距線性回歸分析，提出了栓釘剪力連接件抗剪剛度關(guān)于混凝土彈性模量、栓釘彈性模量以及栓釘直徑的計算公式。一些方案中以開孔板孔徑、混凝土強度和彈性模量及孔中鋼筋直徑、強度和彈性模量等為變化參數(shù)，進行60個開孔板連接件的抗剪剛度模型試驗；分析各模型試件剪力相對滑移曲線的切線與割線的斜率比值隨相對滑移的變化關(guān)系，提出開孔板連接件抗剪剛度的取值方法；采用彈性地基梁法分析孔中混凝土及鋼筋的抗剪機理，推導(dǎo)出開孔板連接件抗剪剛度的理論計算式；基于理論分析和各國123個模型試驗，提出適用于有、無孔中鋼筋的pbl連接件抗剪剛度計算式。

7、然而，雖然目前對于剪力連接件抗剪剛度的確定的方案中，多基于試驗經(jīng)驗進行獲取，對經(jīng)驗的依賴性更強，缺乏理論性的指導(dǎo)，特別是對有預(yù)留孔螺栓剪力連接件抗剪剛度確定，由于其受力的復(fù)雜性，對經(jīng)驗的依賴性更強，需基于每次的試驗獲取，難以給出可以適用于各種情況的確定方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種有預(yù)留孔螺栓剪力連接件抗剪剛度確定方法，具有連接件抗剪剛度確認方式適用性更強的特點。

2、第一方面，一種實施例中提供一種有預(yù)留孔螺栓剪力連接件抗剪剛度確定方法，包括：

3、基于試驗數(shù)據(jù)獲取有預(yù)留孔螺栓剪力連接件的多條荷載-滑移曲線；

4、將每條荷載-滑移曲線分為摩擦段、滑移段和曲線段，并分別確定摩擦段、滑移段和曲線段的抗剪剛度；其中，摩擦段由摩擦力抵抗剪切荷載形成，為線性；滑移段由摩擦力失效后發(fā)生滑移產(chǎn)生的接近水平的橫線組成；曲線段由螺栓與混凝土相互作用抵抗剪切荷載形成，為非線性；

5、對于曲線段，基于曲線擬合公式所對應(yīng)的荷載-滑移曲線進行抗剪剛度的求解；其中，pq表示曲線段剪切荷載，pqu表示曲線段最大剪切荷載，ph表示滑移段末端對應(yīng)的剪切荷載，s表示混凝土板與鋼梁的相對滑移，sh表示滑移段末端對應(yīng)的相對滑移，表示擬合曲線參數(shù)，e表示自然數(shù)底數(shù)；

6、其中，擬合曲線參數(shù)的確定方法包括：

7、預(yù)設(shè)擬合曲線參數(shù)的初始值；

8、計算所述多條荷載-滑移曲線中所有曲線段的最大剪切荷載的平均值，并將該最大剪切荷載的平均值作為曲線段最大剪切荷載pqu；

9、計算所述多條荷載-滑移曲線中所有曲線段的最大滑移的平均值，并將該最大滑移的平均值作為曲線段最大荷載滑移su；

10、計算每條曲線段與s軸上的[sh,n,su,n]段所圍成的面積作為第一面積，n表示荷載-滑移曲線的索引；

11、計算公式所在曲線與s軸上的[sh,su]段所圍成的面積作為第二面積；

12、計算第二面積與每個第一面積的差值的絕對值；

13、基于每一個所述絕對值計算能量誤差；

14、基于線性規(guī)劃迭代求解，使得能量誤差取得最小值的的解作為擬合曲線參數(shù)的值。

15、一種實施例中，所述的計算所述多條荷載-滑移曲線中所有曲線段的最大剪切荷載的平均值，并將該最大剪切荷載的平均值作為曲線段最大剪切荷載pqu，包括：

16、（7）

17、其中，pqu,n表示第n條荷載-滑移曲線的曲線段最大剪切荷載，n表示荷載-滑移曲線的總數(shù)，1≤n≤n；

18、所述的計算所述多條荷載-滑移曲線中所有曲線段的最大滑移的平均值，并將該最大滑移的平均值作為曲線段最大荷載滑移su，包括：

19、（8）

20、其中，su,n表示第n條荷載-滑移曲線的曲線段最大荷載滑移；

21、所述的計算第二面積與每個第一面積的差值的絕對值，包括：

22、（9）

23、其中，表示第n條荷載-滑移曲線所對應(yīng)的絕對值，表示第二面積，表示第n條荷載-滑移曲線所對應(yīng)的第一面積。

24、一種實施例中，所述的基于每一個所述絕對值計算能量誤差，包括：

25、（10）

26、其中，e表示能量誤差，表示第n條荷載-滑移曲線所對應(yīng)的絕對值，n表示荷載-滑移曲線的索引，n表示荷載-滑移曲線的總數(shù)，1≤n≤n。

27、一種實施例中，對于摩擦段的最大剪切荷載，基于所有荷載-滑移曲線摩擦段的最大剪切載荷的平均值計算得到；對于摩擦段的最大荷載滑移，基于所有荷載-滑移曲線摩擦段的最大荷載滑移的平均值計算得到；基于摩擦段的最大剪切荷載和最大荷載滑移，計算摩擦段的抗剪剛度。

28、一種實施例中，對于滑移段的最大剪切荷載，基于所有荷載-滑移曲線滑移段的最大剪切載荷的平均值計算得到；對于滑移段的最大荷載滑移，基于所有荷載-滑移曲線滑移段的最大荷載滑移的平均值計算得到；基于滑移段的最大剪切荷載和最大荷載滑移，計算滑移段的抗剪剛度。

29、一種實施例中，所述的對于曲線段，基于曲線擬合公式所對應(yīng)的荷載-滑移曲線進行抗剪剛度的求解，包括：

30、將所述曲線段劃分為剪力連接件屈服前的第一折線段和屈服后的第二折線段，其中第一折線段的斜率大于第二折線段的斜率；

31、獲取第一折線段和第二折線段的雙線性模型；

32、基于能量平衡的面積相等原理和所述雙線性模型，計算雙線性模型中當時數(shù)學(xué)上屈服點的縱坐標和當時數(shù)學(xué)上屈服點的橫坐標；其中，表示剪力連接件屈服前的抗剪剛度，表示剪力連接件屈服后的抗剪剛度；

33、基于所述當時數(shù)學(xué)上屈服點的縱坐標和當時數(shù)學(xué)上屈服點的橫坐標，計算所述第一折線段和第二折線段之間轉(zhuǎn)折點的橫坐標和縱坐標；

34、基于所述第一折線段和第二折線段之間轉(zhuǎn)折點的橫坐標和縱坐標，計算所述曲線段屈服前的抗剪剛度和屈服后的抗剪剛度。

35、一種實施例中，所述的獲取第一折線段和第二折線段的雙線性模型，包括：

36、（11）

37、其中，表示針對曲線段擬合的雙線性模型，，，表示剪力連接件屈服時的滑移，表示剪力連接件屈服時的剪切荷。

38、一種實施例中，所述的基于能量平衡的面積相等原理和所述雙線性模型，計算雙線性模型中當時數(shù)學(xué)上屈服點的縱坐標和當時數(shù)學(xué)上屈服點的橫坐標，包括：

39、（14）

40、其中，pa表示雙線性模型中當時數(shù)學(xué)上屈服點的縱坐標，表示雙線性模型中當時數(shù)學(xué)上屈服點的橫坐標。

41、一種實施例中，所述的基于所述當時數(shù)學(xué)上屈服點的縱坐標和當時數(shù)學(xué)上屈服點的橫坐標，計算所述第一折線段和第二折線段之間轉(zhuǎn)折點的橫坐標和縱坐標，包括：

42、（15）

43、其中，sy和py分別表示第一折線段和第二折線段之間轉(zhuǎn)折點的橫坐標和縱坐標。

44、一種實施例中，所述的基于所述第一折線段和第二折線段之間轉(zhuǎn)折點的橫坐標和縱坐標，計算所述曲線段屈服前的抗剪剛度和屈服后的抗剪剛度，包括：

45、（16）

46、其中，表示擬合曲線段的剪切荷載變化量，表示擬合曲線段的荷載滑移變化量，表示擬合曲線的形狀特征參數(shù)；，，。

47、本發(fā)明的有益效果是：

48、在曲線段的擬合曲線參數(shù)的確定中，基于能量平衡來獲取一個通用的值，降低了對經(jīng)驗的依賴，適用性更強，同時從能量角度給出了明確理論性指導(dǎo)，給相應(yīng)的研究指出了一個新的方向，也可借鑒于其他類型抗剪連接件剛度確定。