组合结构抗剪连接件讲解
抗剪连接件
解决方法
• 1.适当抬高柱底标高，避免抗剪键与梁筋冲 突；
• 2.或断掉部分钢筋，待抗剪键埋入之后，再 将断掉的钢筋与抗剪键焊上。
• 3、施工过程中可以在钢筋绑扎过程中提前 预留出抗剪键位置，用同样大小的泡沫板 预留位置；或者采取切割钢筋方法
• 4.比如上图，钢筋很密，建议采用抗剪钉， 可以在钢筋间隙放置剪力钉。
新型抗剪键
• 一种应用在钢－混凝土组合梁结构中的抗剪连接件，其包 括开孔钢板，开孔钢板的顶部焊设有另外一钢板，两者组 合成Ｔ型结构的开孔钢板连接件。采用上述方案后，混凝 土可以穿过开孔钢板的孔洞，形成混凝土榫，起到纵向抗 剪作用；也可以在开孔钢板上的孔中穿入钢筋，从而由钢 筋进一步起到纵向抗剪作用，并由于钢筋具有良好的延伸 性能，可以更好的改善连接件受力性能；开孔钢板顶部焊 接的另一钢板可以极大提高连接件的抵抗竖向分离的能力， 加强钢－混凝土组合梁的组合程度，从而提高组合梁受力 性能。本实用新型的连接件可以完善和提高目前组合梁中 连接件的性能，在房屋建筑和桥梁结构等领域可以广泛使 用。
• 栓钉连接件制造工艺简单，不需要大型轧制设备，适合工 业化生产，便于现场焊接，目前应用最为广泛。其受力性 能是：当荷载作用时，栓钉同钢梁一起移动，外荷载通过 栓钉焊缝传给栓钉的根部，并产生较大的变形，整个栓钉 将受到弯矩、剪力和拉力的联合作用，由于这种作用，使 得栓钉根部承受压力最大，沿高度逐渐减小，当接近栓钉 的顶部时承受的压力反向。当混凝土强度等级较高时，而 连接件本身尺寸较小时，栓钉连接件达到极限抗剪强度而 被破坏，这时连接件的抗剪强度与混凝土强度等级无关， 仅取决栓钉连接件的类型及材质。用压型钢板混凝土组合 板时，其抗剪连接件一般用栓钉。由于栓钉需穿过压型钢 板而焊接至钢梁上，且栓钉根部周围没有混凝土的约束， 当压型钢板肋垂直于钢梁时，由压型钢板的波纹形成的混 凝土肋是不连续的，故对栓钉的抗剪承载力应予折减。
完全抗剪连接组合梁
国家级精品课程——钢结构设计
第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
部分抗剪连接组合梁的强度计算:
正弯矩作用区段的受弯承载力：
M u,r 全部荷载产生的正弯矩设计值；
c Mu,r nr Nv y1 Ac fy2
c Ac 0.5( Af nr N v )/ f
n r 一个剪跨区的抗剪连接件数目；
2. 组合梁的计算
翼板的计算厚度： 翼板有效宽度be ： be=bo+b1+b2（边梁） be=bo+2b2 （中间梁） bo ：钢梁（板托）顶部宽度 b1：梁外侧的翼板计算宽度, min{l/6, 6hc , s1} b2：梁内侧的翼板计算宽度, min{l/6, 6hc , s0/2} 普通钢筋混凝土翼板：原厚度ho 带压型钢板的混凝土翼板：hc （压型钢板顶面以上混凝土板厚度）
3
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第17讲—组合梁的设计
现浇混凝土楼板的板托 板托的作用： 扩大梁与板的承压面积，防止混凝土板的局部承压破坏； 提高板在支承梁处的截面高度，进而提高板的抗冲切能力； 组合梁截面高度增加，提高其截面刚度与承载力
4
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第17讲— 组合梁的设计
A :钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截面面积 正弯矩作用区段的受弯承载力
8
y2
y1
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
完全抗剪连接组合梁的强度计算:
负弯矩作用区段的受弯承载力
M ≤Ms Ast f st ( y3 y4 / 2)
Ast:翼板有效宽度范围内钢筋截面面积 Ms: 钢梁截面的全塑性弯曲承载力
钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件设计
钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件摘要本文简单介绍了钢—混凝土组合梁结构组合作用的机理，列举了抗剪连接件的分类，介绍了抗剪连接的试验方法和破坏形态以及一般的构造要求，着重介绍了栓钉连接的特点，受力分析并列举了诸多国家规范中规定的栓钉承载力计算和设计方法，并介绍其构造要求，最后简单介绍两种较为新型的抗剪连接件。
关键字：钢—混凝土组合梁；抗剪连接件；栓钉；抗剪承载力1．绪论钢—混凝土组合结构是指由钢和混凝土两种材料组成，在荷载作用下具有整体作用，在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。
其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构（组合结构）。
它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的构件：在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉。
它充分发挥钢材和混凝土二种材料的优点：同混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，减轻地震作用；同钢结构相比，可以减少用钢量，降低结构造价，增加结构的稳定性，增强结构的防火性和耐久性。
故因其兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、造价低的优点，虽然在我国发展起步较晚，但近几年来取得了不少成就，在多层工业厂房、高层建筑、桥梁结构等方面都已经得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
钢—混凝土组合构件目前的主要形式有：钢—混凝土组合梁、型钢混凝土组合结构、钢管混凝土组合结构、外包钢混凝土结构及压型钢板混凝土组合楼板等。
当然，随着建筑材料、设计理论和设计方法的不断发展，也出现了钢-混凝土组合框架结构、框架-核心筒混合结构等一系列新型的结构形式。
然而，在组合结构中抗剪连接是一个重要特征，抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起共同工作的关键部件。
故本文将在钢—混凝土组合梁中的抗剪连接方面进行一些探讨。
2．钢-混凝土组合梁中的抗剪连接2.1 组合结构的组合作用组合结构的优越性在于结合了混凝土和钢材两种材料的的良好性能，充分利用材料和截面特性。
钢-混凝土组合结构设计理论及应用
钢-混凝土组合结构设计理论及应用摘要：本文对钢—混凝土组合结构及其设计基本要求进行阐述,从理论层面具体分析了钢-混凝土组合结构设计中特别需要注重的问题，并以某工程为例从节点设计角度探讨了钢-混凝土组合结构设计的应用。
关键词：钢-混凝土组合结构；设计；应用；节点设计Abstract: in this paper, the steel - concrete composite structure and elaborates the design basic requirements, specific analysis from theoretical aspects in the design of the steel - concrete composite structure special need to pay attention to the problem, taking a project as an example from the node design Angle discusses the application of steel - concrete composite structure design.Keywords: steel - concrete composite structure; Design; Applications; Node design一、钢-混凝土组合结构及其设计的基本要求 由两种或两种以上性质不同的材料组合成整体，共同受力、协调变形的结构，称其为组合结构。
钢-混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构，是专指型钢或用钢板焊接成的钢骨架，与混凝土形成一体的结构，是继传统的木结构、砌体结构、钢结构和钢筋混凝土结构之后的第5大结构体系。
这种组合结构体系，主要有压型钢板组合板、组合梁、型钢混凝土、钢管混凝土和外包钢混凝土等5种类型。
5、组合梁抗剪连接
•
•
•
adhesion and chemical bond
interface friction
mechanical interlock
dowel action
Test on shear connectors.
(a) Push-out specimen. (b) Non dimensional load-slip
non-ductile- as those which fracture when the
ultimate load PR of the connector is reached without
any significant slip; in this case, the subsequent shear
• For slip capacity su, EC 4 estimates that a value
greater than 6 mm allows shear connectors to be
considered as ductile.
• rigid shear connectors刚性（非延性）连接件, i.e.
with the connector is less than that provided in a pushout test, as may be the case when the slab is hunched连
接件周围砼侧向约束少于push-out test，如带托组合梁。
When lightweight concrete is to be used 轻质混凝土
stress.
Table 5.1 Nominal static strength of shear connectors
组合结构构造要求
1组合结构构造要求1.1栓钉的设置栓钉是组合结构中常见的抗剪连接件，用于抵抗钢材与混凝土交界面的剪力。
根据规范及图集规定一般下列位置需设置栓钉。
抗剪栓钉的直径规格宜选用19mm和22mm，其长度不宜小于4倍栓钉直径，水平和竖向间距不宜小于6倍栓钉直径且不宜大于200mm。
栓钉中心至型钢翼缘边缘不应小于50mm，栓钉顶面的混凝土保护层厚度不宜小于15mm。
1.1.1型钢混凝土梁栓钉设置要求对于配置实腹式型钢的托墙转换梁、托柱转换梁、悬臂梁和大跨度框架梁等主要承受竖向重力荷载的梁，型钢上翼缘应设置栓钉。
（组规5.5.14）剪力墙洞口连梁中配置的型钢或钢板，其高度不宜小于0.7倍连梁高度，型钢或钢板应伸入洞口边，其伸入墙体长度不应小于2倍型钢或钢板高度；型钢腹板及钢板两侧应设置栓钉。
（组规9.2.11）当框架柱一侧为型钢混凝土梁，另一侧为钢筋混凝土梁时，型钢混凝土梁中的型钢，宜延伸至钢筋混凝土梁1/4跨度处，且在伸长段型钢上、下翼缘设置栓钉。
栓钉直径不宜小于19mm，间距不宜大于200mm，且在梁端至伸长段外2倍梁高范围内，箍筋应加密。
（组规14.4.1）型钢混凝土悬臂梁自由端的纵向受力钢筋应设置专门的锚固件，型钢梁的上翼缘宜设置栓钉；型钢混凝土转换梁在型钢上翼缘宜设置栓钉。
栓钉的最大间距不宜大于200mm，栓钉的最小间距沿梁轴线方向不应小于6倍的栓钉杆直径，垂直梁方向的间距不应小于4倍的栓钉杆直径，且栓钉中心至型钢板件边缘的距离不应小于50mm。
栓钉顶面的混凝土保护层厚度不应小于15mm。
（组规14.4.2）1.1.2型钢混凝土柱栓钉设置要求各种结构体系中的型钢混凝土柱，宜在下列部位设置抗剪栓钉：1）埋入式柱脚型钢翼缘埋入部分及其上一层柱全高；2）非埋入式柱脚上部第一层的型钢翼缘和腹板部位；3）结构类型转换所设置的过渡层及其相邻层全高范围的翼缘部位；4）结构体系中设置的腰桁架层和伸臂桁架加强层及其相邻楼层柱全高范围的翼缘部位；5）梁柱节点区上、下各2倍型钢截面高度范围的型钢柱翼缘部位；6）受力复杂的节点、承受较大外加竖向荷载或附加弯矩的节点区，在节点上、下各1/3柱高范围的型钢柱翼缘部位；7）框支层及其上、下层的型钢柱全高范围的翼缘部位；8）各类体系中底层和顶层型钢柱全高范围的翼缘部位（组规14.7.1）在各种结构体系中，当结构下部楼层采用型钢混凝土柱，上部楼层采用钢筋混凝土柱时，在此两种结构类型间应设置结构过渡层，过渡层应符合下列规定：1）设计中确定某层柱由型钢混凝土柱改为钢筋混凝土柱时，下部型钢混凝土柱中的型钢应向上延伸一层或二层作为过渡层，过渡层柱的型钢截面可适当减小，纵向钢筋和箍筋配置应按钢筋混凝土柱计算，不考虑型钢作用；箍筋应沿柱全高加密；2）结构过渡层内的型钢翼缘应设置栓钉，栓钉的直径不应小于19mm，栓钉的水平及竖向间距不宜大于200mm，栓钉至型钢钢板边缘距离不宜小于50mm。
完全抗剪连接组合梁
0.5(Af
n
r
N
c v
)
/
f
x
nr
N
c v
/(be1
fc
)
11
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第17讲—组合梁的设计
2. 组合梁的计算
部分抗剪连接组合梁的强度计算:
负弯矩作用区段的受弯承载力：
M M s min Ast fst
,
nr
N
c v
( y3
y4
/ 2)
M s Wsp f
受剪承载力和局部稳定性：
第17讲— 组合梁的设计
1. 组合梁的形式与特点（续）
部分抗剪连接的组合梁 ➢抗剪连接件数量较少。 ➢抗剪连接件数量小于完全抗剪连 接组合梁所需数量的50%，实际 设计时不再考虑板梁的组合作用。 ➢压型钢板混凝土组合板作为翼板 的组合梁，宜按部分抗剪连接组 合梁设计。 ➢部分抗剪连接限用于跨度不超过 20m的等截面组合梁。
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
完全抗剪连接组合梁的强度计算:
负弯矩作用区段的受弯承载力
M ≤Ms Ast fst ( y3 y4 / 2)
Ast:翼板有效宽度范围内钢筋截面面积 Ms: 钢梁截面的全塑性弯曲承载力
Ms =Ws f
y4 =Ast fst /(2tw f )
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第17讲 组合梁的设计
楼面梁的设计 钢梁的设计 组合梁的设计
组合梁：在钢梁上铺设钢筋混凝土板或压型钢板组合板，梁板 共同工作，板可作为梁的一部分，发挥比钢梁更大的作用，其 强度和刚度提高。 应用：钢结构的厂房、高层建筑及桥梁结构。 优点： 发挥材料的特性，承载力相同时，比非组合梁节约钢材15～ 25%。 刚度要求相同时，组合梁比非组合梁减小截面高度26～30%。 提高钢梁的侧向刚度和稳定性，改善受压区的受力状态。 抗震性能好。
5.3 组合结构桥梁连接件的布置方法、受力及强度计算示例
《全过程桥梁设计》同济大学土木工程学院桥梁工程系
组合梁中钢与混凝土间连接处剪力计算
混凝土桥面板中预应力、收缩、温度效应等作用产生的单位长度纵桥向剪力Vsm
在梁跨中间： 在梁端部：
《全过程桥梁设计》同济大学土木工程学院桥梁工程系
开孔板连接件的基本构造要求
开孔板连接件应符合以下构造要求 1、 当开孔板连接件多列布置时，其横向间距不宜小于开孔钢板高度的3 倍。 2、 开孔板连接件的钢板厚度不宜小于12mm。 3、 开孔板孔径不宜小于贯通钢筋与最大骨料粒径之和。 4、 开孔板连接件的贯通钢筋直径不宜小于12mm，应采用螺纹钢筋。 5、 圆孔最小中心间距应符合以下规定：
在组合梁中使得钢与混凝土连接处产生剪力的荷载主要有：恒载、活载、预应力、混凝土收缩、混凝土板与钢 梁间的温度效应等。
组合梁在桥梁整体作用(恒载、活载)产生的单位长度纵桥向水平剪力Vld
式中： V d——外荷载在梁上产生剪力； S——截面上混凝土的静矩； Iun ——不考虑混凝土开裂的组合截面惯矩。
组合结构桥梁的连接件形式
目前在组合结构特别是钢混结合段中有使用开孔板（或称PBL）连接件，这种连接件早期仅依靠开孔板孔洞中 混凝土形成的榫抵抗钢与混凝土之间的剪力，后来发现在孔洞中放置贯穿钢筋能够大大提高连接件的抗剪承载 力。
常规设置的开孔板连接件单孔承载力较大，能够避免焊钉的疲劳问题，但是开孔板使得混凝土产生分离，在组 合梁中有少量应用，但在钢混结合段中有大量的应用。
开孔板连接件的单孔抗剪承载力设计值应按下式进行计算
式中： d p——开孔板的圆孔直径(mm)； ds——贯通钢筋直径(mm)； f cd ——混凝土轴心抗压强度设计值MPa）； fsd——贯通钢筋抗拉强度设计值（MPa）。
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1、抗剪连接件的作用、类型
抗剪连接件的主要作用是抵抗水平剪力和竖向的掀起力。 常用的抗剪连接件类型包括栓钉连接件、槽钢连接件、方钢连接件、
T型钢连接件和弯筋连接件等。 剪力连接件一般地可分为两类－刚性连接件（方钢、T型钢）和柔
性连接件（槽钢和栓钉）。刚性连接件容易引起其周围混凝土中较 高的应力集中，结果引起混凝土的压碎或者剪切破坏，有时也可引 起焊接破坏。柔性连接件的破坏形态较为协调一致。 共性：有限的变形能力；对混凝土施加集中梁中，交界面上钢与混凝土的粘结作用 很小，极易发生粘结破坏。为保证上下层结构有效的共 同工作，必须在交界面处设置抗剪连接件。抗剪连接件 的形状应保证既能抵抗剪切滑移有能抵抗掀起作用。
常用抗剪连接件类型：栓钉、槽钢、弯筋以及方钢和T 型钢等
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1、抗剪连接件的作用、类型
与栓钉连接件类似，一般情况槽钢连接件的抗剪承载力随混凝土 强度的提高而提高，最后的破坏发生在混凝土上。当混凝土强度 较高时，槽钢抗剪连接件的抗剪能力不再随混凝土强度的提高而 增加，最后的破坏发生在槽钢。
若增大槽钢翼缘厚度，将会增大连接件根部混凝土的有效承压面 积而提高抗剪能力；若增大槽钢腹板厚度，会增加腹板抗弯刚度 和抗拉能力，从而提高抗剪承载力。
组合结构的性能取决于界面处剪应力的有效传递 钢－混凝土截面剪力传递：
化学粘结力（0-0.1N/mm2）; 摩擦力（摩擦系数：0.6） 剪力连接件承受 （1）纵向的剪力 （2）由于滑移和屈服，组合梁中板的弯矩对钢梁的弯矩之比沿长 度方向是变化的，同时板内的弯矩引起弯曲向上。因此剪力连接件 还受到向上的拉伸作用（掀起作用）；
对于钢－混凝土组合梁，但翼缘板采用压型钢板-混 凝土组合板的时候，栓钉所受到的力比较复杂，抗剪 承载力有所降低，因此应考虑相应的承载力计算的折 减系数。
压型钢板肋平行于钢梁
压型钢板肋垂直于钢梁
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：槽钢
影响槽钢连接件抗剪能力的主要因素是混凝土强度、槽钢材料强 度和几何尺寸。
对于块式连接件，连接件与混凝土间的作用主要是混 凝土局部承压作用，同时向上的承压应力是均匀分布 的。
承载力计算可参考欧洲统一规范
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4、抗剪连接件的数量
完全抗剪连接简支组合梁最大弯矩截面至零弯矩 截面之间区段内的连接件数量为：
弯筋连接件一般为弯折筋被拉断；当直径20mm以上 时，则为混凝土劈裂破坏。
弯筋连接件承载力计算：
Nv Asb f y
Asb 弯筋的截面面积 fy 钢筋的抗拉强度设计值
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：方钢
当组合梁中的混凝土翼缘板混凝土标号很高，刚度很 大的时候，可采用块式连接件，如T形钢或方钢连接 件。
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2、抗剪连接件性能试验：破坏形态
抗剪连接件的受剪受拉破坏 连接件周围的混凝土破坏
裂缝 钢材破坏区域
混凝土压碎
10 图片来源：
2、抗剪连接件性能
影响剪力连接件性能的因素： （1）连接件的数量 （2）连接件周围混凝土的密实度 （3）混凝土的厚度、宽度和强度三者越高，则连接件 的抗剪能力越强 （4）连接件自身的强度、形状和尺寸。 （5）连接件在钢梁上的位置和固定方式
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2a、抗剪连接件性能试验：梁式试验（beam test）
梁式试验 梁式试验问题:剪力连接件不是直接受力的;剪力连接件
上的剪力和外部的弯矩不成正比例关系 梁式试验比较反应实际情况，但试验复杂，一般用推出
试验（结果偏低－－－安全）
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2、抗剪连接件性能试验：荷载－滑移曲线
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2、抗剪连接件性能试验：荷载－滑移曲线
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：栓钉
组合梁中栓钉连接件主要承受侧压力，一般情况下掀 起作用在栓钉中产生的拉力很小。
混凝土强度较低时，单根栓钉的受剪承载力与栓钉的 截面面积、混凝土轴心抗压强度和混凝土弹性模量有 关。混凝土强度较高时，栓钉的最大受剪承载力取决 于栓钉的抗剪能力。
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：栓钉
栓钉连接件计算：(长度和直径比为4)
Nv kAd Ec fc 0.7Ad fdu
混凝土控制
Ad 栓钉钉杆的截面面积 fdu 栓钉的极限抗拉强度 Ec 混凝土的弹性模量 fc 混凝土轴心抗压强度 k 经验系数，常用k 0.43
单个栓钉本身的受剪 承载力设计值
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：栓钉
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：槽钢
槽钢连接件承载力计算：
Nv 0.26 t f 0.5tw lc Ec fc
t f 槽钢翼缘的平均厚度 tw 槽钢腹板厚度 lc 槽钢长度
fc－－混凝土抗压设计强度 Ec－－混凝土弹性模量
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3、单个抗剪连接件的承载力计算：弯筋
弯筋（压筋）连接件一般采用直径不小于12mm的 HPB235级钢筋，弯起角度与梁长方向成45度。弯折 方向应与板中纵向水平剪力的方向一致，并成对设置。
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1、抗剪连接件的作用、类型
注 意 方 向 性
There is an enormous variety of shapes, sizes and methods of fixing, and the choice is perpetually increasing to cater for changing demands.
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2、抗剪连接件性能试验：推出试验（push test）
抗剪连接件性能的试验方法：梁式试验、推出试验以及考虑重复荷 载的疲劳试验；
连接件的推出试验观察静荷载下的连接件承载力大小。标准试件是 由短的工字钢在两个现浇的小混凝土板组成的试件。为防止界面产 生粘结力，在浇注混凝土前，需要在工字钢的翼缘上涂抹油脂。
组合结构抗剪连接件
1
1
抗剪连接件的作用、类型
2
组合结构抗剪连接件
3
抗剪连接件性能试验
单个抗剪连接件承载力计算
4
抗剪连接件的数量和布置
2
连接件的意义
3
破坏模式
破坏模式(failure modes)
弯剪破坏
压弯破坏
纵剪破坏
4
破坏模式
剪切粘结破坏 （Shear bond failure）
长跨度板剪切粘结破坏