考虑桩土效应的波纹刚腹板连续刚构桥的地震响应研究-硕士论文

国内图书分类号： 密级：公开国际图书分类号：西 南 交 通 大 学研 究 生 学 位 论 文考虑桩土效应的波纹刚腹板连续刚构桥的地震响应研究年 级 二零一二级 姓 名 申请学位级别 工程硕士专业学位 专 业 建筑与土木工程 指导老师 教授 年 月西南交通大学硕士研究生学位论文第72页摘要近年来，波纹钢腹板预应力混凝土组合箱桥在国内兴起，具有造型美观、自重较轻、良好的经济性等优点。该桥型的理论研究在国内广泛开展起来，钢腹板与混凝土顶底板连接部位是其中一个关键问题。PBL剪力键因为抗剪刚度大、延性好等特点在此类桥梁中得到大量应用。但目前对该连接件承载力的计算公式繁多且相差较大，原因在于不同研究者往往侧重研究在单一因素影响下的构件承载力或者试验组数较少。论文以小砂沟大桥PBL剪力连接件试验为依托，研究PBL剪力连接件的受力性能。运用有限元法参数化设置多影响因素，对计算结果统计获得PBL剪力键承载力计算公式。论文的主要研究内容如下：（1）收集现有同类型桥梁资料，了解剪力连接件方式应用情况；依据小砂沟大桥连接件设计来制订本试验方案，设计试验模型；（2）应用大型通用有限元软件ANSYS建立试验模型，同已有试验结果进行对比，验证有限元结果的准确性；（3）对PBL剪力键分不含贯通钢筋和含有贯通钢筋两大类进行分别计算，阐述了两类PBL剪力键破坏机理，基于参数化设置详细研究了混凝土强度、钢板孔径、贯通钢筋直径等影响因素对两类构件承载力的影响，分析了各因素对PBL剪力键群中内力分布及重分布的影响，获得了相应结论；（4）考虑对PBL剪力键承载力影响显著的多个因素，总计建立两类构件131组模型进行计算，统计数据结果，拟合出了考虑多因素同时变化时的承载力计算公式。同时用获得的公式计算其他研究者的试验数值，与试验结果以及其他研究者推导的公式计算值对比，验证了论文公式的合理性。关键词：波纹钢腹板桥，PBL剪力键，有限元方法，参数化，承载力公式AbstractIn recent years, the prestressed concrete composite box-girder bridge with corrugated steel web has become popular, which has many advantages, such as beautiful shape, lighter weight, good economic and so on. The theoretical research of this kind bridge has been done widely in domestic, and the connection between the corrugated steel web and top-and-bottom concrete board is one of the key problems. PBL shear connectors are used by this kind bridge widely, because it has the characteristic of large shear stiffness, good ductility and so on. However the bearing capacity formulas of the connector are various and have larger difference, because different researchers always tended to study the bearing capacity of the connector under the effect of the single factor or made less experimental group. This paper based on the experiment of the PBL shear connectors of the Xiao Shagou bridge to study the mechanical property of the PBL shear connectors. The paper used the finite element method to set many influence factors, and acquired the bearing capacity calculation formula of the shear connector by the statistics of the results. The main research content was as follows:(1) The ways of the shear connectors were known by collecting the information of the same type built bridges, and basing on the design of the shear connector of the small sand ditch bridge, the test scheme was established and the test model was designed.(2) The test model was built by using the finite element software ANSYS, and the accuracy of the calculations was verified by comparing with the existing test results.(3) The PBL shear connector with or without through reinforcement was calculated respectively, and the failure mechanism of these two kinds of shear connectors were expounded. Basing on the parametric setting, the paper studied the influence in detail that the concrete strength, the diameters of steel plate and through reinforcement and so on affected the bearing capacity of the shear connectors, meanwhile it analyzed the influence of various factors on the internal force distribution and redistribution of the PBL shear connectors to get the corresponding results.(4) Considering various factors that had significant effects on the bearing capacity of the PBL shear connectors, a total of 131 groups of models about two kinds of connectors were established to calculate, and through the statistics of the results, the bearing capacity calculation formula that considered multi-factors changing at the same time was fitted out. Meanwhile the obtained formula was used to calculate the experiment value of other researchers, and contrasting the value with the test results and the value that was calculated by the formula of other researchers, the formula of this paper was proved.Key words: corrugated steel web, PBL shear connector, finite element method, parametric, the bearing capacity formula目录第 1 章 绪论11.1课题背景11.1.1波纹钢腹板的概念与发展11.1.2波纹钢腹板PC组合箱梁桥关键问题简述21.1.3波纹刚腹板连接件概述31.1.4抗剪连接件的设计计算41.2国内外工程示例41.2.1国外桥例41.2.2国内桥例51.3PBL剪力连接件研究现状分析71.4本文的主要研究内容13第 2 章 有限元非线性分析的理论与试验162.1ansys非线性分析162.1.1基本分类162.1.2非线性方程求解182.1.3非线性分析的难度192.2有限元基本理论202.2.1破坏准则202.2.2混凝土单轴关系202.3有限元分析模型212.3.1单元类型212.3.2材料本构关系和破坏准则222.3.3网格划分222.3.4边界、加载方式232.3.5收敛控制232.4有限元结果验证232.5有限元参数化研究262.6本章小结26第 3 章 PBL剪力键不含贯通钢筋各影响因素的影响分析273.1破坏机理273.2影响因素273.2.1混凝土强度283.2.2钢板孔径313.2.3钢板厚度333.3本章小结35第 4 章 PBL剪力键含贯通钢筋各影响因素的影响分析364.1破坏机理364.2影响因素394.2.1混凝土强度404.2.2钢板孔洞464.2.3钢板强度504.2.4钢板厚度的影响514.2.5贯通钢筋面积的影响534.2.6贯通钢筋强度的影响574.2.7孔洞个数的影响584.3本章小结62第 5 章 公式推导与检验635.1PBL不含贯通钢筋剪力键结果635.1.1承载能力影响因素635.1.2结果统计与对比635.1.3承载力计算公式655.2PBL含贯通钢筋剪力键结果675.2.1承载能力影响因素675.2.2结果统计与对比675.2.3极限承载力计算公式705.3计算公式合理性检验735.3.1数值吻合性对比735.3.2无量纲合理性判定785.4本章小结81结论与展望83结论83展望84致谢85参考文献86攻读硕士期间发表论文89第 1 章 绪论1.1 课题背景1.1.1 波纹钢腹板的概念与发展波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁是钢混组合结构的一种，指采用波形钢板代替混凝土腹板的组合箱梁桥，本文简称波形钢腹板PC组合箱梁桥，它的特点体现在用1020mm左右的钢板取代了3080cm的混凝土，它的意义不仅在于充分利用钢材弹性模量大，强度高的特点，也减小了结构自重，提高了经济性。1975年，法国设计并建设了第一座波形钢腹板PC组合箱梁桥 Mo Y L, Jeng C H, Krawinkler H. Experimental Studies of Prestressed Concrete Box-Girder Bridges with Corrugated Steel WebsJ. Bridge Materials, 2001: 209-218.，此后在德国、挪威、委内瑞拉等国家也相继建设了该类桥梁。近年来在日本发展迅速，具有代表性的有：新开桥（30m简支板桥，日本第一座）、本古桥（44m+97.2m+56m，世界第一座波形钢腹板钢构桥）、日渐梦大桥（91.75m+180m+91.75m，世界第一座波形钢腹板部分斜拉桥）、失作川桥（桥长820m，4跨斜拉桥）、朝比奈川桥（7跨连续刚构桥）、池山高架桥（10跨预应力连续刚构桥）、宫家岛高架桥（23跨预应力连续梁桥）等。目前日本该类桥梁已达到200座，技术应用已日趋成熟。我国对该类桥的研究及应用处于起步阶段，先后有河南省交通规划勘察设计院、东南大学、西南交通大学、中交公路规划设计院、长安大学、哈尔滨工业大学等单位参与研究设计该类型桥梁结构，研究者们侧重在不同的方面，该桥的关键性问题的理论性研究日臻完善。目前我国已经修建或待建的代表性的桥有：青海三道河桥（50m跨单箱双室箱梁）、河南信阳的泼河桥（4跨先简支后连续桥）、山东甄城黄河公路大桥（70+11120+70）m连续梁桥）、深圳南山大桥（80+130+80）m连续梁）、新密溱水河大桥（无背索斜拉桥（30+70+30）m）等，各种桥型大量兴建，结构越来越复杂，科技含量不断提高，该桥型正逐步被设计者们所青睐 陈宜言，王用中. 波纹钢腹板预应力混凝土桥设计与施工M.北京：人民交通出版社，2010。波形钢腹板PC组合箱梁桥在公路领域迅速的得到应用和普及，取决于它的特点：1、减轻结构自重，充分利用材料特性，具有较好的经济性；2、混凝土的收缩、徐变不受钢腹板纵向约束，从而有效的控制预加力向钢腹板的转移，降低了预应力损失，保证有效预应力数值不变，较少了预应力钢束的用量；3、波纹钢板具有较强的抗剪屈服能力，因而可以做的很薄，且无需纵向加筋；4、具有外观美感可以与周围的环境协调，在风景区有较好的景观效果；5、采用体外预应力筋方式，可以避免在混凝土腹板内预埋管道的繁琐工序，可以缩短周期，利用传统设备可以完成桥梁假设；6、体外束可以替换和增加，便于桥梁维修和补强。目前，已建或在建的桥梁形式已经涵盖简支梁桥、连续梁桥、刚构桥、斜拉桥，得益于该组合结构有机的组合了混凝土抗压性能和钢材的抗剪性能，这种形式必然会被越来越多的应用和推广，在当今追求节约型、环保型的社会背景下，该桥梁形式必然会备受推崇。1.1.2 波纹钢腹板PC组合箱梁桥关键问题简述波纹钢腹板PC组合箱梁与传统箱型相比就是腹板采用了波形钢板，则钢腹板所采用的波折的形状、高度、间距、板厚、腹板倾斜角度等都会对箱梁结构承载力产生影响，在设计时还需要对横隔板的间距、腹板的屈曲稳定和整体稳定性等进行了系统的研究，目前在箱梁的抗弯、抗扭和抗剪连接件的设计等方面都有了基本概念和计算公式。另外像结构动力学特性和桥梁设计与建造等需要做专题研究。目前国内外主要研究成果包括在抗弯、抗扭、抗剪和结构稳定性几方面 徐强，万水等. 波纹钢腹板PC组合箱梁桥的设计与应用M. 北京：人民交通出版社，2009。Metwally、陈建兵等研究者 El Metwally A, Loov R E. Corrugated steel webs for prestressed concrete girdersJ. Materials and Structures, 2003, 36(2): 127-134.- 宋建永, 张树仁, 王宗林. 波纹钢腹板体外预应力组合梁全过程分析J. 哈尔滨工业大学学报. 2003, 35(5): 590593通过进行波纹钢腹板箱梁抗弯试验研究，验证了波纹钢腹板箱梁中波纹钢腹板在对弯矩的贡献非常小，弯矩主要是由混凝土顶底板分担。目前的试验研究以及有限元理论分析都表明波纹钢腹板梁桥中抗弯能力与波纹钢腹板的外形特征、材料特性等都无关。针对波纹钢腹板的抗扭及抗畸变问题，目前针对这方面问题的主要解决方法是既要应用传统混凝土箱梁腹板处理的一般方法，而又同时考虑到了波纹钢腹板形式的特性，假定其不抵抗纵向翘曲的思路。在抗剪方面，有很多研究者比如Elgaaly、Luo、R. G. Driver、宋建永等人都做过相关波纹钢腹板的抗剪性能试验 Elgaaly M, Seshadri A. Depicting the behavior of girders with corrugated webs up to failure using non-linear finite element analysisJ. Advances in Engineering software, 1998, 29(3): 195-208.、 Driver R G, Abbas H H, Sause R. Shear behavior of corrugated web bridge girdersJ. Journal of Structural Engineering, 2006, 132(2): 195-203.、 Luo R, Edlund B. Shear capacity of plate girders with trapezoidally corrugated websJ. Thin-walled structures, 1996, 26(1): 19-44.。研究者往往采用试验与有限元分析相结合的方法完成研究，而且两者普遍吻合较好。目前的研究表明波纹钢腹板梁的剪切完全由腹板承担，而且腹板屈曲引起的波纹钢腹板破坏。影响波纹钢腹板屈服强度的因素包含波纹疏密程度、腹板厚度及弯折角等几何参数。针对钢结构的疲劳问题，一般认为波纹钢腹板梁中腹板采用波形弯折，不采用焊接加劲肋等方式，因此在循环荷载作用下钢结构中不存在应力集中问题。因此波纹钢腹板梁在疲劳方面，性能优于含有加劲肋的平腹板梁结构。波纹钢腹板PC组合梁不同连接形式对梁力学性能产生不同影响的问题，国内一些研究者也进行了相关研究。针对波纹钢腹板剪力连接件的疲劳问题，周翔海（2011）等人认为PBL剪力连接件不存在栓钉连接件、型钢连接件等方式所存在的焊接疲劳问题，抗疲劳性能较好，并通过波纹钢腹板结构PBL剪力键推出试验的研究，研究了PBL连接件的滑移量、承载能力等力学性能，并且验证了有限元方法的准确性 周翔海，杜娟.波纹钢腹板组合箱梁桥PBL剪力连接件研究J.淮阴工学院学报.2011,20(1):5154。王圣保等（2012）针对组合结构中栓钉、PBL以及外包钢板型三种连接形式的力学性能进行了试验研究。结论是三种连接形式承载能力均可以达到要求，抗滑移能力较好；外包钢板型连接形式的刚度、承载能力及抗裂性相比另两种连接方式具有更加突出的性能 王圣保.不同连接形式对波纹钢腹板PC组合梁性能影响J. 哈尔滨工程大学学报.2012，33(12):14921497。1.1.3 波纹刚腹板连接件概述波纹钢腹板PC组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合形式，其抗剪连接件能否为结构提供完整组合作用的关键因素，主要是因为箱梁的受力性能在很大程度上取决于钢腹板与混凝土顶、底板连接界面处剪应力的有效传递。在设计该处的荷载作用时最基本的要求是不会发生剪移。为了确保这一性能，目前为止多采用以下所示的四种连接构造。(1)埋入式连接；(2)角钢剪力键连接；(3)双开孔钢板连接件连接(Twin-PBL连接)；(4)单开孔钢板与栓钉的并用连接(连接形式见图1-1)。在我国组合结构中用的最广泛的连接方式是栓钉连接方式。a)埋入式连接 b)角钢剪力键连接c)TwinPBL连接 d)S-PBL+栓钉连接图11连接构造方式1. 埋入式连接 波形钢板直接埋入到顶底板，波形刚腹板斜幅间混凝土、焊接钢板顶端的约束钢筋、与桥轴成直角方向的贯穿钢筋以及混凝土销共同承担桥轴方向的水平剪力。纵向弯矩由埋入钢腹板的贯穿钢筋与混凝土销共同承担。为保证耐久性，钢板在埋入混凝土时界面要实行密封，波形钢板无纵向约束，在风琴效应下因为不存在翼缘板约束而无疲劳问题。2. 角钢剪力键连接 在翼缘板上焊接角钢和U形钢筋，则角钢、U形钢筋共同承担该桥轴方向剪力，角钢、U形钢筋和穿过角钢的桥轴方向的贯通钢筋可以共同承担弯矩。3. Twin-PBL连接 在翼缘板焊接两块带孔钢板，贯通钢筋穿过钢板孔，则贯通钢筋和混凝土榫共同承担桥轴方向水平剪力，弯矩由孔内混凝土和贯穿钢筋抵抗。4. S-PBL连接+栓钉连接 翼缘板上焊接一块带孔钢板同时焊接栓钉，则贯通钢筋、混凝土榫以及栓钉同时承担剪力，横向弯矩主要由栓钉承担。1.1.4 抗剪连接件的设计计算1.弹性设计法 假定波纹钢腹板结构中第个连接件处，荷载在梁结构上产生的竖向剪力为，在混凝土顶、底板与波纹钢腹板连接交界处的单位长度内的纵向剪力为：（1-1）式中，S混凝土顶底板绕截面重心轴的面积矩；混凝土顶、底板截面绕自身重心轴的惯性矩。假设单个剪力键的抗剪承载力设计值，该连接件承受的纵向剪力为（单个连接件所承受的纵向剪力），连接件所需间距：（1-2）2. 塑性设计法 首先确定最大弯矩点与最近零弯矩点之间在叠合面上总的纵向剪力，利用此值可以确定该区域所需要的连接件的个数。波纹钢腹板箱梁桥的钢腹板与混凝土顶、底板的连接件按照完全抗剪设计，则每个区域内需要的连接件总数，按式（1-3）计算：（1-3）式中，每个剪跨区段内钢腹板与混凝土顶底板交接面的纵向剪力；单个抗剪连接件承载力设计值，且位于负弯矩区段的抗剪连接件，其抗剪承载力设计值N应乘以折减系数0.9（中间支座两侧）和0 .8（悬臂部分） 钟豪，徐君兰，顾安邦等. 波纹钢腹板PC组合箱梁的抗剪连接件分析J. 重庆交通学院学报.2006，25(3):1820。1.2 国内外工程示例近年来波纹钢腹板箱梁桥的建设主要集中在欧洲及日本，各种桥型都已经设计建设。在中国也大量建设该类桥梁，钢腹板与混凝土的连接处是关键的位置，以下列举其中的几座桥梁。1.2.1 国外桥例1. 日见梦大桥 日见梦大桥是建于日本长崎汽车专用线上的世界上第一座波形钢腹板部分斜拉桥，在这座桥中对斜拉张力在波形钢腹板的锚固传力装置等方面采用独自开发的多项新技术。桥梁形式是3跨连续部分斜拉波形钢腹板预应力混凝土箱型连续梁桥，桥长365m，跨径布置是91.75m+180m+91.75m，桥面有效宽度9.75m，箱梁截面为单箱单室，梁高4m。斜拉锁通过钢横隔梁锚固，主塔上上斜拉锁的锚固构造为工厂制作的锚固箱，并且斜拉锁采用了预制索。混凝土顶底板与波形钢腹板采用角钢连接件（部分底板采用埋入式连接）。见图1-2所示。图12日见梦大桥及连接件形式2. 矢作川桥 矢作川桥座落在第二东名高速公路上，是一座4跨连续梁，桥长820m(173.4+2235.0+173.4 m)，桥面宽43.8m，混凝土倒Y形主塔高109.6m，这两点在日本均达到最大，该桥是世界上第一座波形钢腹板斜拉桥。在该桥的双塔之间添加了一段长137m的钢箱梁，相邻两端采用波形钢腹板箱梁。梁高从主塔处的6m渐变至跨中4m，箱梁截面采用单箱五室，纵向室壁采用波形钢板。混凝土顶底板与波形钢腹板的连接采用角钢连接 李时，郭彦林. 波折腹板梁抗剪性能研究J.建筑结构学报. 2001，22(6): 4954。1.2.2 国内桥例1. 山东鄄城黄河公路大桥 鄄城黄河大桥主桥跨径为70m+11120m+70m，是世界上规模最大的波形钢腹板PC组合多跨连续箱梁桥，该桥施工采用悬臂浇筑方法。该桥单幅横截应用单箱单室形式，箱梁顶宽13.5m，底宽6.5m，翼缘悬臂长3.0m，悬臂端板厚20cm，悬臂根部厚50cm，梁高自墩顶根部7.0m按二次抛物线方式渐变至跨中3.5m，箱梁顶板厚30cm，底板自墩顶根部80cm按二次抛物线变化至跨中25cm。波形钢腹板波高220mm，水平面板宽43cm，水平折叠角度30.7o，内径R为120cm，钢板厚1016mm。从经济角度出发该桥的钢腹板和顶、底板的连接采用嵌入式连接方法，见图1-3。图13山东鄄城黄河公路大桥及连接件形式2. 新密溱水河大桥 新密市溱水路东段路桥工程位于新密市城区，将溱水路全线贯通，是城区规划路网的重要组成部分，该桥为了达到节约材料、降低造价、结构新颖、与环境协调等目的，经过论证，最终采用了墩塔梁固结体系独塔双索面波形钢腹板无背索斜拉桥，跨径布置为（30+70+30）m，梁上索距8m，塔上索距7.4m。主梁的截面为双箱双室的预应力混凝土波形钢腹板箱梁，梁宽50m，梁高2.53.5m，主跨内间距8m设置横梁，并将拉索锚固于横梁处。主梁采用体内体外预应力混合配筋，体外索采用环氧喷涂无粘结成品索及可换可调型锚具。波形钢板采用Q345钢，钢板厚12mm，波长1.6m，高1.9m，工厂加工后，运至施工场地安装。波形钢腹板与顶板采用“T-PBL”连接件，与底板采用焊钉连接件，见图1-4所示。图14新密溱水河大桥及连接件为了解其他同类桥梁在连接件方面的使用情况，本文收集了部分桥梁的设计资料，表1-1整理了国内外已建或者在建的部分桥梁钢混连接处连接件方式。表11国内外部分波纹钢腹板组合桥梁连接件方式列举编号桥梁名施工方法构造形式桥长/m；桥宽/m剪力键连接方式1日见梦大桥悬臂施工3跨部分斜拉桥（91.8+180+91.8）m;9.75m角钢剪力连接（部分底板埋入式连接）2本谷桥悬臂浇筑3跨连续钢构桥（44+97.2+56）m;10.49m首次采用波形钢腹板埋入式连接3银山御幸桥顶推法5跨连续梁(27.4+345.5+44.9)m;8.5m顶底板栓钉剪力键4中子沢（ze）桥支架现浇2跨连续梁(47.8+47.5)m；11.5m顶板栓钉连接，底板埋入式连接5白沢桥支架施工简支梁桥51.6m；8m顶板栓钉，底板单PBL剪力键6小犬丸川桥悬臂浇筑6跨连续钢构桥(49.9+481+54.1)m;9.36m顶底板角钢剪力键7前谷桥悬臂施工两跨连续刚构桥(77.3+84.3)m；9.25m顶底板角钢剪力键8腾手川桥悬臂假设3跨连续钢构桥(59.3+96.5+69.8)m；10m顶底板角钢剪力键9锅田高架桥悬臂施工3跨连续钢构桥(59+125+59)m；14m顶底板角钢剪力键10中野高架桥悬臂安装四跨连续梁桥(47.2+71.3+82.4+51.4)m；8.45m顶板：单PBL加栓钉，底板：埋入式11栗东桥悬臂施工部分斜拉桥(137+170+115+68)m；17m顶底板角钢剪力连接件12矢作川桥悬臂安装斜拉桥(173.4+2235+173.4)m；4043.367m顶底板角钢连接件13谷川桥支架施工简支梁桥50.9m；11.5m顶板双PBL剪力键；底板栓钉连接14游乐部川桥悬臂浇筑3跨连续钢构桥(65.35+102.5+65.35)m；10.41m顶板双PBL剪力键，底板单PBL剪力键+栓钉的连接15门崎桥支架现浇4跨连续钢构(41.2+250+41.2)m；10m顶板角钢，底板埋入式连接件16津久见川桥悬臂施工5跨连续钢构(49.6+75+75+47+42.6)m；9.5m顶板栓钉连接；底板埋入式连接17宏内第二桥悬臂施工5跨连续梁(40.9+75+85+50+39.4)m；10.46m顶底板双PBL剪力键18山东鄄城黄河公路大桥悬浇施工13跨连续梁(70+11120+70)m；213.5m顶底板埋入式剪力连接件19新密溱水河大桥悬臂拼装无背索斜拉桥(30+70+30)m；50m顶板双PBL剪力键，底板栓钉20深圳南山大桥悬臂施工3跨连续钢构桥(80+130+80)m；23.5-27.5m顶底板单PBL剪力键形式21桃花峪黄河大桥跨大堤桥悬臂浇筑3跨连续钢构桥(75+35+72)m；216.55m顶板双PBL剪力键，底板埋入式22河南卫河大桥悬臂施工3跨连续梁(47+52+47)m；16.85m顶板双PBL剪力键，底板栓钉式23邢台紫金大桥悬臂施工3跨连续梁(88+156+88)m；13m顶底板单PBL剪力键和埋入式结合24小砂沟大桥悬臂施工4跨连续刚构桥（57+2100+57）m；13m顶板双PBL剪力键；底板角钢近些年来，国内外学者对剪力键的形式及其承载能力进行了大量的研究，有栓钉型、型钢型、PBL型、焊接钢筋型、钢管混凝土短柱型和组合型；大体上可以分为柔性剪力键和刚性剪力键。其中对栓钉型剪力键的研究研究最为成熟，已有多国制定了栓丁型剪力键的相关规范。PBL剪力键是近几年发展起来的新型剪力键，该种类型的剪力键刚度大、延性好、承载力高、抗疲劳性能优、构造简单，近些年来国内外学者进行了大量的研究，他们根据自己的试验研究，提出了相应的PBL 破坏机理、承载力影响因素及承载能力计算公式，有些学者还研究了PBL剪力连接件的抗疲劳性能、荷载滑移规律。1.3 PBL剪力连接件研究现状分析PBL剪力连接件是由德国人Leonhard和Parterners公司发明的，德文称为Perfobond Leiste（PBL） Leonhardt F, et al. Vorteihaftes verbundmittel furstahlverbund-tragwerke mit hoher dauerfestigkeitJ. Beuton, 1987, (12):325-331。20世纪90年代初，德国Leonhard AndraundParterners公司首次在委内瑞拉的Caroni河桥上采用了PBL的连接件形式 聂建国，刘明，叶列平钢混凝土组合结构M北京: 中国建筑工业出版社，2005；自PBL连接件被提出之后，研究者进行了大量与之相关的试验研究。欧洲规范4( Eurocade4) Eurocade 4，Design of Composite Steel and Concrete StructuresSBSI，London，1994主要侧重在贯通钢筋、孔洞面积、混凝土强度和钢板厚度的影响。日本 山寺德明, 伊東昇, 森河久. 鶴見航路橋設計概要J. 橋梁基礎, 1993, 2(2):23-32在鹤见航道桥中进行了PBL剪力键研究，并进行1:1试验研究，最终的试验结果都得到了很好的应用。Oguejiofor 和Hosain Oguejiofor E C， Hosain M N. Behavior of perfoband rib shear connectors in composite beams:full size testJ. Canadian Journal of Civil Engineering. 1992，19(2):224-235主要研究了孔洞面积、混凝土强度、贯穿钢筋和孔洞个数的影响。1999 年，Nishiumi 等人 NishiumiK etal. Shear Strength of Perfobond Rib Shear Connector under the Confinement. Journal of the Japan Soeiety of Civil Engineers, No.663，1999也是主要研究了孔洞面积、混凝土强度和贯通钢筋的影响，他们把贯通钢筋的影响看成是侧面的约束力，试验结束时构件承载力达到最大时，贯通钢筋应变都达到屈服，因此认为钢筋屈服的作用力看做最大承载力，并根据试验数据建立了回归曲线。2001年，Ushijima等人 Ushijima Y,Hosaka T, Mitsuki K,Watanabe H, Tachibana Y, Hiragi H. An Experimental Study on Shear characteristics of Perfobond Strip and its Rational Strength Equations. In: Eligehausen,R,editor. Proceedings of the international symposium on connections between steel and concrete.Stuttgart: University of Stuttgart，2001，p. 1066-1075主要研究了孔洞面积、钢板厚度和混凝土强度的影响。2002年，Hosaka 等人 HosakaTStudy on shear strength and design method of perfobondstripJJ of Structural Eng，JSCE，2002，48A: 1265-1272认为贯通钢筋的影响较大，应该加以考虑，所以在他前面的基础上，主要研究了贯通钢筋对承载力的影响。后来，Oguejiofor 和Hosain Oguejiofor E.C., Hosain M.U. Numerical analysis of push-out specimens with perfobond rib connectorsJ.Computer and Structures, 1996,vol.62(4): 617-624又进行了更多的试验，这次试验中，在前面的基础上，考虑了钢板高度和厚度的影响。2007 年，Verissimo Verssimo G S. Desenvolvimento de um conector de cisalhamento em chapa dentada para estruturas mistas de ao e concreto e estudo do seu comportamentoJ. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais-Programa de Ps-graduao em Engenharia de Estruturas, 2004.等人在Hosaka 等人的基础上研究了纵向混凝土剪切面积的影响。1999年，福州大学的宗周红等人 宗周红，车惠民剪力连接件静载和疲劳试验研究J福州大学学报:自然科学版，1999，27(6):61-66在国外研究人员主要研究的影响因素基础上，对栓钉连接件PBL剪力连接件进行了静载破坏和疲劳试验研究。研究结论：混凝土强度的影响不太明显，混凝土强度高者其滑移延性好。提高构件中横向钢筋的配筋率能提高承载力，有效防止混凝土构件产生纵向劈裂，在PBL剪力连接件中影响尤其明显。由于在疲劳阶段在界面上产生了滑移从而导致荷载- 滑移曲线在开始时出现下凹趋势, 极限承载力受疲劳作用的影响较小。并建立了相应的极限承载力计算公式。2006年，同济大学的刘玉擎等人 刘玉擎，周伟翔，蒋劲松 开孔板连接件抗剪性能试验研究J 桥梁建设，2006( 6): 1-5通过PBL剪力连接件推出试验，研究了构件放置方式、是否穿入贯通钢筋对构件承载力的影响。试验发现设置贯通钢筋时有效提高构件极限承载力且延性较好。放置方式及浇筑方向影响弹性刚度，不影响极限承载力。构件破坏时混凝土表面没有裂缝，混凝土榫及贯通钢筋均破坏。2006年，湖南省交通规划勘察设计院的胡建华 胡建华，侯文崎，叶梅新PBL剪力键承载了影响因素和计算公式研究J铁道科学与工程学报，2007，4(6):12-18- 胡建华，叶梅新，黄琼 PBL 剪力连接件承载力试验J中国公路学报， 2006， 19( 6) : 65-72等人基于推出试验，研究了混凝土强度、钢板孔径、外形特征、配箍率等因素对PBL剪力承载力的影响，并对比栓钉与PBL剪力键承载力的差别，结果认为PBL剪力键相比栓钉构件在延性上有明显提高，而且承载力也更大。作者依据试验进行了PBL剪力键的公式推导，并与其它研究者的公式进行对比，作者的计算数值更接近试验数值。试件加载时出现裂缝，而且都是从混凝土底板中间开始，逐渐向上延伸直至破坏。构件破坏时，贯通钢筋变形明显，但未剪断，在钢板孔口周边混凝土被压碎，钢构件与混凝土之间存在较大的相对滑移，钢板上端与混凝土分离。2006年，西南交通大学的张清华等人 张清华, 李乔, 唐亮. 剪力连接件的三维非线性仿真分析方法J. 西南交通大学学报, 2006, 40(5): 595-599.- 张清华，李乔，唐亮桥塔钢混凝土结合段剪力键破坏机理及极限承载力J中国公路学报，2007，20(1):85-90采用以实际桥梁结构为依据，为了对比栓钉和两种新型剪力键的破坏特征差别，共设计了以上三大类共31个试件进行了破坏试验研究。栓钉类剪力键、没有配贯通钢筋的PBL键、以及孔径与贯通钢筋直径相同PBL键的破坏均属于脆性破坏，配有贯通钢筋的标准PBL键的破坏属于延性破坏；新型剪力键Perfobond Strip 的性能明显优于传统的栓钉剪力键，其传力更有效。2008 年，西南交通大学的李小珍等人 李小珍，肖林，张迅等斜拉桥钢混凝土结合段PBL剪力键承载力试验研究J钢结构，2009，24(9):22-27设计推出试验，包含栓钉和PBL剪力键的3大类共33个试件，对剪力键的传力机理、荷载-滑移规律及力学性能的影响因素等进行了分析。并将试验数据与有限元进行了对比分析，结果吻合较好。试验数据结果存在较大的离散性，认为混凝土强度对承载力影响明显，贯通钢筋之间以及钢板孔洞对弹性承载力具有一定的线性影响，一般在钢筋屈服时荷载不及极限荷载的一般，滑移量不到十分之一。西南交通大学的夏嵩 夏嵩，赵灿晖，张育智，等PBL传剪器极限承载力的试验研究J西南交通大学学报，2009，44(2):166-170等人设计拔出试验，用来测定PBL剪力键在拉剪力组合下承载能力，侧重研究承载能力与滑移。作者确定了极限承载力的影响因素，而且影响因素通过组合为无量纲量，通过拟合无量纲量推得极限承载力公式。通过对构件地拉应力方式的试验，作者在公式共引入了环境应力的影响，认为PBL剪力键在处于拉剪状态下承载力没有压剪状态下承载力好。同济大学的薛伟辰 薛伟辰，代燕，周良等开孔板连接件受剪性能试验研究J建筑结构学报，2009，30(5):103-111等人设计21个构件并进行推出试验，试验主要研究影响因素中钢板孔径、混凝土强度，贯通钢筋直径及数量的影响，并在破坏机理上研究了PBL剪力键的荷载滑移曲线，将曲线按弹性阶段、塑性发展阶段以及下降阶段。其中混凝土强度影响抗剪刚度、开孔直径与贯通钢筋不影响抗剪刚度。并获得了PBL剪力连接件承载力公式。扬州大学许燕 许燕，王仪，刘平开孔钢板连接件承载力计算公式研究J四川建筑科学研究，2010，36(5):30-33 许燕，曹大富，王仪等开孔钢板连接件承载力试验研究J 特种结构，2010，274( 5) : 46-49等人对不穿贯通钢筋的PBL剪力键进行研究，采用100mm孔径，12mm钢板厚度，进行单孔推出试验。并结合有限元计算，研究结果认为钢板厚度满足一定条件上时钢板厚度影响较小，圆孔间距影响较小。并在试验基础上提出了不含贯通钢筋的PBL剪力键承载力计算公式和荷载滑移曲线公式。试验过程中构件滑移量小延性较差。华中科技大学的李力 黄翔, 李力, 岳磊. 某大跨径斜拉桥钢-混结合段 PBL 剪力键承载力研究J. 桥梁建设, 2011 (3): 19-23.依据某公路长江大桥钢混结合段PBL剪力键的应用设计了单孔PBL剪力键试验，试验结果显示了破坏形态，孔中混凝土发生破坏，贯通钢筋弯曲，滑移量在3-8mm左右，并依据荷载滑移曲线获得了承载力以及弹性刚度计算公式。西南交大李小珍 肖林，李小珍，卫星PBL剪力键静载力学性能推出试验研究J中国铁道科学，2010，31(3):15-20等以厦门马新大桥为依托，设计了栓钉及PBL剪力键共计7组21个构件地推出试验，并运用有限元非线性分析PBL剪力键的破坏机理，将破坏过程分为线性阶段、弹性阶段及塑性阶段，并且对每个阶段的受力承担者进行分析。2010年西南交通大学的王振海、李乔等人 王振海，赵灿晖，李乔PBL剪力键荷载滑移关系试验研究J西南交通大学学报，2011，46(4):547-552- 王振海，李乔，赵灿晖. PBL剪力键破坏形态及极限承载力试验研究J. 防灾减灾工程学报，2011，31(5):517-522通过对11组37个试件进行了静载破坏试验，针对PBL剪力键的破坏全过程进行分阶段研究，提出了荷载滑移全过程公式，线弹性阶