[发明专利]一种钢管-超高性能混凝土复合剪力连接件

说明书

本发明公开了一种钢管‑超高性能混凝土复合剪力连接件，其特征在于：钢管(1)外包超高性能混凝土(2)；超高性能混凝土(2)中掺入钢纤维或合成纤维；自攻螺钉(3)通过钢管(1)内的孔道，螺纹端锚固在竹木梁内，螺帽端支撑在钢管(1)的顶端；外包超高性能混凝土(2)的一端为连接端(4)，外形为圆柱；另一端为锚固端(5)，外形尺寸大于连接端(4)。本发明具有抗剪切滑移刚度大、延性好、力学性能调节简单、施工方便等优势。

技术领域

本发明涉及一种应用于竹木-混凝土组合梁(板)的剪力连接件，属于土木工程中的建筑结构领域。

背景技术

竹木作为节能环保的生物质绿色材料，具有绿色、生态、环保、低碳的优良品质，在近年倡导节能减排的背景下，大力推进以现代木竹结构为代表的绿色建筑，以及发展装配式建筑，对于形成新的结构体系和降低结构能耗具有重要意义。

竹木(含胶合竹、胶合木)材料有着突出的强度/重量比，因而制成的竹木构件具有结构自重小、变形性能好等优势，但由于竹木材料弹性模量低，使得纯竹木梁的抗弯刚度较低，承载力往往由变形控制，而非材料的强度控制，这极大的限制了竹木结构的跨度和降低了材料的利用效率。而将竹木与混凝土组合形成竹木-混凝土组合梁(板)，能充分发挥两种材料各自的优势。与单纯的竹木梁相比较，组合梁可以有效提高构件的刚度和承载力，增大构件的跨度，同时具有绿色环保、降低碳排放量的特点，符合建筑工业化发展的要求。

竹木-混凝土组合梁包括由上部混凝土板和下部竹木梁，两者通过中间的剪力连接件组合在一起，实现共同工作。研究表明，组合梁的力学性能和组合效应在很大程度上由剪力连接件所决定。现有的连接件可以分为两类：第一类为销连接件，其基本形式为一根钢杆的两端分别锚固在混凝土板内和竹木梁内，钢杆本身抵抗水平剪力；第二类为凹槽连接件，其基本形式为在竹木梁顶部切割出一定数量的凹槽，浇筑上部混凝土板时，混凝土嵌入凹槽内，凹槽内的混凝土块硬化后抵抗水平剪力。但这两类连接件都存在性能上的不足：对于销连接件，其延性好但抗剪切滑移刚度较低，导致组合梁的抗弯刚度低，构件变形大，承载力得不到充分发挥；而对于凹槽连接件，其抗剪切滑移刚度较高但其延性差，主要原因是混凝土变形能力很差，凹槽内的混凝土块一旦开裂，构件的承载力迅速降低，构件表现为脆性破坏。因此，开发新型剪力连接件，成为有效提高竹木-混凝土组合梁力学性能的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型复合剪力连接件，这种连接件具有抗剪切滑移刚度大、延性好、力学性能调节简单、施工方便等优势。

本发明的技术方案为：一种钢管-超高性能混凝土复合剪力连接件，其特征在于：钢管外包超高性能混凝土；超高性能混凝土中掺入钢纤维或合成纤维；自攻螺钉通过钢管内的孔道，螺纹端锚固在竹木梁内，螺帽端支撑在钢管的顶端；外包超高性能混凝土的一端为连接端，外形为圆柱；另一端为锚固端，外形尺寸大于连接端。

与现有剪力连接件相比较，本发明的优点在于：

(1)抗剪切滑移刚度大。钢管-超高性能混凝土复合连接件中，外包的超高性能混凝土具有较高的抗剪强度，能与钢管一起有效协同工作，共同承担组合梁的界面剪力。因此，相对于销连接件，复合连接件具有较高的抗剪切滑移刚度。

(2)延性好。外包的超高性能混凝土掺入了纤维，超高性能混凝土的抗剪(拉)能力和极限应变都远远高于普通混凝土，即使组合界面处产生较大的剪切滑移，外包超高性能混凝土依然能够有效承担界面剪力，不会导致连接件的承载力出现明显波动。因此，相对于凹槽连接件，复合连接件具有较高的延性。

(3)连接件力学性能调整方式简单。在复合连接件中，通过改变外包超高性能混凝土的厚度及纤维掺量，可以有效调整连接件的刚度、延性和承载力，简单有效。

(4)施工方便。在实际使用中，复合连接件为预制标准件，适于工业化生产。施工时，将自攻螺钉插入钢管内的孔道中，然后将其拧入竹木梁内，将连接件与竹木梁竖向连接起来，施工简便，效率高。