新型高强螺栓连接预制钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

本文针对预制钢-混凝土组合梁(SCCB)施工精度不足的问题，提出了一种新型高强螺栓(HS)抗剪连接件，通过推出试验和有限元模型分析了其静力学性能、破坏模式及关键参数（螺栓埋深、直径、强度等）的影响。研究发现，预制HS螺栓试件的极限承载力优于传统焊接栓钉连接，且具有更优延性；提出的抗剪承载力计算公式精度显著高于现有方法，为SCCB工程应用提供了可靠设计依据。

　　

Highlight

螺栓埋深显著影响试件破坏模式：现浇(CIP)试件表现为栓钉剪断破坏，而预制试件则呈现栓钉剪断与混凝土局部压溃复合破坏。预制高强螺栓(HS)试件的极限承载力高于现浇栓钉连接试件，且相对滑移量更大，展现出更优延性。

Test phenomena and damage patterns

试件破坏形态分析显示（图5）：现浇试件SD1-1左侧混凝土板完全脱离钢梁，所有栓钉呈平整剪切断裂，裂缝从栓钉根部放射状延伸；而预制试件在螺栓埋深40mm时出现混凝土锥形剥落破坏，埋深90mm组则表现为螺栓剪切与混凝土协同破坏的混合模式。

Material modeling

采用ABAQUS建立精细化有限元模型，混凝土本构选用中国规范GB50010-2010单轴应力-应变曲线：

y = {

α_ax + (3-2α_a)x² + (α_a-2)x³, x≤1

x/[α_d(x-1)²+x], x>1

}

其中α_a和α_d分别对应曲线上升段与下降段参数（表4），x=ε/ε_c，y=σ/f_c^*。

Calculation formula for the shear capacity of a single bolt

基于试验数据提出新型HS螺栓抗剪承载力计算公式（表8）：

V_u = 0.8A_sf_u + 1.5√(f_c')h_eff²

相较传统公式，该式通过引入有效埋深h_eff和混凝土强度f_c'的耦合项，精度提升约15%。

Conclusions

1. 建议工程应用采用90mm螺栓埋深；

2. 预制HS螺栓试件荷载-滑移曲线呈现明显强化段，位移延性系数达4.2；

3. 螺栓抗剪能力与直径、混凝土强度呈正相关，但预紧力影响可忽略。