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摘要：本文对一种新型抗剪连接件——PBL剪力键的应用发展概况和构造形式、承载力影响因素和计算公式进行了分析和总结，为PBL的研究和应用提供一定的参考。
关键词：PBL剪力键、承载力、综述
中图分类号： A715 文献标识码： A
1、引言
抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起共同作用的关键部件，其主要作用有两个：一是用来承受并传递钢梁与混凝土板间的纵向剪力；二是用来抵抗混凝土板与钢梁之间的掀起作用。抗剪连接件形式较多，按照变形能力可分为刚性连接件和柔性连接件两类。柔性连接件刚度小，作用在钢-混凝土界面的剪力会使其变形，界面发生滑移时，抗剪连接件的承载力不会降低，组合梁的剪力发生重分布。常用的柔性抗剪连接件有栓钉、弯筋、槽钢等。方钢、马蹄型钢等连接件属于刚性连接件，型钢连接件容易在周围的混凝土内引起较高的应力集中，常用于不考虑剪力重分布的结构中。
PBL是近几十年出现的一种新型剪力连接件，如图1.1所示。在钢梁翼缘板上沿纵向焊接开孔钢板，浇筑混凝土后，孔中的混凝土榫可以抵抗钢-混界面的剪力流，可根据抗剪需要，在孔中穿钢筋来加强其抗剪承载力。
2、PBL剪力键的应用与发展概况
PBL一词源于德文Perfobond Leiste，英文为Perfobond Strips（PBS），中国文献中一般称为PBL剪力键。PBL剪力键最早出现于20世纪80年代，德国斯图加特大学Otto-Graf学院在一组合梁的上翼缘纵向焊接开孔钢板，为PBL的雏形。随后德国Leonhardt教授和Partners公司研究开发了该种新型剪力键，并将其应用于委内瑞拉的Caroni河桥上。同时，日本学者也对PBL进行研究，将应用于桥塔钢-混结合段处的剪力连接器中。此后，PBL剪力键多应用于波形钢板与混凝土顶板的连接上，在日本的高架桥中应用广泛。我国对PBL的研究和应用时间较晚，学者雷昌龙对应用了PBL剪力连接器而取消钢梁上翼缘的组合梁进行推出试验和疲劳试验研究，结果表明剪力键仍起作用，这种构造形式可以减少用钢量，而其抗疲劳性能优良。我国的其他学者也对PBL进行承载力试验和疲劳性能试验，进行承载力参数分析，总结得出计算公式。在实桥中，湖北鄂东长江公路大桥、广东佛山平胜大桥、广东东平大桥在其钢-混凝土结合段采用了PBL剪力键作为其连接件。
现有的研究成果表明：PBL剪力键的极限承载力高，延性较好，抗疲劳性能比栓钉连接件更为优良。随着对PBL剪力键的研究的进一步深入，其应用范围会越来越广。
3、PBL剪力键的构造形式
如图1所示，PBL剪力键的构造形式主要是指钢板开孔形式、贯通钢筋形式。钢板开圆孔是现国内外应用众多的一种构造形式，在满足一定宽厚比和最小孔距的基础上，PBL的抗剪承载力随着开孔数量的增大而增大，根据现有研究表明，这一最小孔距为，为开孔直径。德国斯图加特大学提出开方孔的剪力键形式，即将开方孔的钢板水平放置，与剪力钉相结合，然后浇筑混凝土，形成矩形混凝土榫。这种形式是对栓钉和PBL剪力键的一种综合使用。捷克学者提出采用U形和椭圆形孔，我国佛山平胜大桥在钢-混结合段正是采用的了开椭圆孔的PBL剪力键。同济大学研究人员提出了开三角孔的构造形式，指出采用圆弧段过渡三角孔可提高混凝土与钢之间的联系，具有更高的抗剪承载力和较小的相对位移。
PBL试验中大多采用钢筋直接贯通钢板开孔处，但也有根据试验和实际需要在贯通钢筋上进一步布置箍筋的情况。也有研究人员提出改进型PBL剪力连接件，将穿过圆孔后的钢筋弯起并焊接成矩形，进一步提高了PBL的抗剪承载力。
4、PBL剪力键承载力影响因素
影响PBL剪力键抗剪承载力的因素有很多，主要的有以下几方面：
（1）混凝土强度的影响
PBL剪力键的失效模式通常是以混凝土开裂为标准的，混凝土强度对其抗剪承载力有直接的影响，混凝土强度越大，PBL剪力键承载力越大。
（2）贯通钢筋的影响
设置贯通钢筋能显著提高PBL承载力，试验表明：根据穿孔钢筋受力面积的不同，与未穿钢筋的PBL剪力键相比，其承載力能够提高40%～50%。所以当孔径大小一定时，承载力随贯通钢筋截面直径增大而增大，但增大到一定程度时，由于缝隙处混凝土粗集料无法进入，最终导致承载力不再提高，甚至有下降的可能。
（3）开孔直径和孔距的影响
钢板开孔直径直接影响到孔内混凝土榫的抗剪面积，所以在满足PBL剪力键刚度的前提下，开孔越大，抗剪能力越强。此外，孔距对承载力也有影响，孔距越小，孔内混凝土榫的影响范围将出现重叠，从而导致重叠区域的混凝土处于高应力状态，降低混凝土强度，即降低剪力键的极限承载力，所以应该有最小孔距的限制。
（4）钢板厚度的影响
钢板厚度会影响PBL剪力键失效模式的改变，如果钢板厚度太小，剪力键失效将由钢板焊缝剪切破坏引起，钢板孔内的混凝土榫和穿孔钢筋几乎起不到作用，所以钢板的需满足一定的宽厚比，来保证其刚度。
5、PBL剪力键承载力计算公式总结
PBL剪力键承载力影响因素多，并且是一项新技术，除了在Eurocode4里进行了少许说明外，国内外还未有规范具有详细的计算说明。而最近国内外研究人员所得到的PBL承载力计算公式，也都是从自己试验的基础上拟合而来。由于实验方法和实验尺寸的不同，所以得到的公式也不相同。现总结如下：
（1）第一类计算公式主要是认为PBL剪力键的抗剪承载力主要由混凝土榫和贯通钢筋决定，具体公式如下：
Hosaka：
Nishiumi：，
，
Hosain：
（2）第二类计算公式在第一类公式的基础上增加了钢板外混凝土对承载力的贡献，具体公式如下：
Oguejiofor：，分别为开孔钢板的高度和厚度，为开孔直径。
宗周红：，为每个剪力键分配的受剪混凝土面积，等于混凝土纵向面积减去开孔钢板面积。
（3）第三类公式中将钢筋的抗剪承载力区分为贯通钢筋和普通横向钢筋的作用，具体公式如下：
胡建华等：，式中PBL剪力键单孔极限承载力；为钢筋影响系数，取；为横向普通钢筋影响系数，当配箍率时，取，当配箍率时，取；为混凝土榫影响系数，取。
6、结语
PBL剪力连接件作为一种新的抗剪连接技术已经被国内外很多专家认可，它的抗剪效果明显优于剪力钉，可预见其良好的应用前景。但是由于PBL剪力键应用还在起步阶段，还未见到系统的理论分析成果。目前的研究多为试验手段，其承载力的试验方法、承载力计算、抗疲劳性能等还有待于进一步的研究。
参考文献：
[1]聂建国等. 钢-混凝土组合结构［M］. 北京: 中国建筑工业出版社，2008.
[2]Valente I, Cruz P J S. Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2004,60(3):465-479
[3]Tan D L, Qin F J, Jin D. Experimental Study on Neotype Anchor System in Tower of Cable-Stayed Bridge[J]. Advanced Materials Research,2011,163:2017-2022
[4]Oguejiofor E C, Hosain M N. Numerical Analysis of Push-out Specimens with Perfobond Rib Connectors[J]. Computer and structures,1997,62(4):617-624
[5]胡建华等. PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究[J]. 铁道科学与工程学报，2007(6), 12～18.
关键词：PBL剪力键、承载力、综述
中图分类号： A715 文献标识码： A
1、引言
抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起共同作用的关键部件，其主要作用有两个：一是用来承受并传递钢梁与混凝土板间的纵向剪力；二是用来抵抗混凝土板与钢梁之间的掀起作用。抗剪连接件形式较多，按照变形能力可分为刚性连接件和柔性连接件两类。柔性连接件刚度小，作用在钢-混凝土界面的剪力会使其变形，界面发生滑移时，抗剪连接件的承载力不会降低，组合梁的剪力发生重分布。常用的柔性抗剪连接件有栓钉、弯筋、槽钢等。方钢、马蹄型钢等连接件属于刚性连接件，型钢连接件容易在周围的混凝土内引起较高的应力集中，常用于不考虑剪力重分布的结构中。
PBL是近几十年出现的一种新型剪力连接件，如图1.1所示。在钢梁翼缘板上沿纵向焊接开孔钢板，浇筑混凝土后，孔中的混凝土榫可以抵抗钢-混界面的剪力流，可根据抗剪需要，在孔中穿钢筋来加强其抗剪承载力。
2、PBL剪力键的应用与发展概况
PBL一词源于德文Perfobond Leiste，英文为Perfobond Strips（PBS），中国文献中一般称为PBL剪力键。PBL剪力键最早出现于20世纪80年代，德国斯图加特大学Otto-Graf学院在一组合梁的上翼缘纵向焊接开孔钢板，为PBL的雏形。随后德国Leonhardt教授和Partners公司研究开发了该种新型剪力键，并将其应用于委内瑞拉的Caroni河桥上。同时，日本学者也对PBL进行研究，将应用于桥塔钢-混结合段处的剪力连接器中。此后，PBL剪力键多应用于波形钢板与混凝土顶板的连接上，在日本的高架桥中应用广泛。我国对PBL的研究和应用时间较晚，学者雷昌龙对应用了PBL剪力连接器而取消钢梁上翼缘的组合梁进行推出试验和疲劳试验研究，结果表明剪力键仍起作用，这种构造形式可以减少用钢量，而其抗疲劳性能优良。我国的其他学者也对PBL进行承载力试验和疲劳性能试验，进行承载力参数分析，总结得出计算公式。在实桥中，湖北鄂东长江公路大桥、广东佛山平胜大桥、广东东平大桥在其钢-混凝土结合段采用了PBL剪力键作为其连接件。
现有的研究成果表明：PBL剪力键的极限承载力高，延性较好，抗疲劳性能比栓钉连接件更为优良。随着对PBL剪力键的研究的进一步深入，其应用范围会越来越广。
3、PBL剪力键的构造形式
如图1所示，PBL剪力键的构造形式主要是指钢板开孔形式、贯通钢筋形式。钢板开圆孔是现国内外应用众多的一种构造形式，在满足一定宽厚比和最小孔距的基础上，PBL的抗剪承载力随着开孔数量的增大而增大，根据现有研究表明，这一最小孔距为，为开孔直径。德国斯图加特大学提出开方孔的剪力键形式，即将开方孔的钢板水平放置，与剪力钉相结合，然后浇筑混凝土，形成矩形混凝土榫。这种形式是对栓钉和PBL剪力键的一种综合使用。捷克学者提出采用U形和椭圆形孔，我国佛山平胜大桥在钢-混结合段正是采用的了开椭圆孔的PBL剪力键。同济大学研究人员提出了开三角孔的构造形式，指出采用圆弧段过渡三角孔可提高混凝土与钢之间的联系，具有更高的抗剪承载力和较小的相对位移。
PBL试验中大多采用钢筋直接贯通钢板开孔处，但也有根据试验和实际需要在贯通钢筋上进一步布置箍筋的情况。也有研究人员提出改进型PBL剪力连接件，将穿过圆孔后的钢筋弯起并焊接成矩形，进一步提高了PBL的抗剪承载力。
4、PBL剪力键承载力影响因素
影响PBL剪力键抗剪承载力的因素有很多，主要的有以下几方面：
（1）混凝土强度的影响
PBL剪力键的失效模式通常是以混凝土开裂为标准的，混凝土强度对其抗剪承载力有直接的影响，混凝土强度越大，PBL剪力键承载力越大。
（2）贯通钢筋的影响
设置贯通钢筋能显著提高PBL承载力，试验表明：根据穿孔钢筋受力面积的不同，与未穿钢筋的PBL剪力键相比，其承載力能够提高40%～50%。所以当孔径大小一定时，承载力随贯通钢筋截面直径增大而增大，但增大到一定程度时，由于缝隙处混凝土粗集料无法进入，最终导致承载力不再提高，甚至有下降的可能。
（3）开孔直径和孔距的影响
钢板开孔直径直接影响到孔内混凝土榫的抗剪面积，所以在满足PBL剪力键刚度的前提下，开孔越大，抗剪能力越强。此外，孔距对承载力也有影响，孔距越小，孔内混凝土榫的影响范围将出现重叠，从而导致重叠区域的混凝土处于高应力状态，降低混凝土强度，即降低剪力键的极限承载力，所以应该有最小孔距的限制。
（4）钢板厚度的影响
钢板厚度会影响PBL剪力键失效模式的改变，如果钢板厚度太小，剪力键失效将由钢板焊缝剪切破坏引起，钢板孔内的混凝土榫和穿孔钢筋几乎起不到作用，所以钢板的需满足一定的宽厚比，来保证其刚度。
5、PBL剪力键承载力计算公式总结
PBL剪力键承载力影响因素多，并且是一项新技术，除了在Eurocode4里进行了少许说明外，国内外还未有规范具有详细的计算说明。而最近国内外研究人员所得到的PBL承载力计算公式，也都是从自己试验的基础上拟合而来。由于实验方法和实验尺寸的不同，所以得到的公式也不相同。现总结如下：
（1）第一类计算公式主要是认为PBL剪力键的抗剪承载力主要由混凝土榫和贯通钢筋决定，具体公式如下：
Hosaka：
Nishiumi：，
，
Hosain：
（2）第二类计算公式在第一类公式的基础上增加了钢板外混凝土对承载力的贡献，具体公式如下：
Oguejiofor：，分别为开孔钢板的高度和厚度，为开孔直径。
宗周红：，为每个剪力键分配的受剪混凝土面积，等于混凝土纵向面积减去开孔钢板面积。
（3）第三类公式中将钢筋的抗剪承载力区分为贯通钢筋和普通横向钢筋的作用，具体公式如下：
胡建华等：，式中PBL剪力键单孔极限承载力；为钢筋影响系数，取；为横向普通钢筋影响系数，当配箍率时，取，当配箍率时，取；为混凝土榫影响系数，取。
6、结语
PBL剪力连接件作为一种新的抗剪连接技术已经被国内外很多专家认可，它的抗剪效果明显优于剪力钉，可预见其良好的应用前景。但是由于PBL剪力键应用还在起步阶段，还未见到系统的理论分析成果。目前的研究多为试验手段，其承载力的试验方法、承载力计算、抗疲劳性能等还有待于进一步的研究。
参考文献：
[1]聂建国等. 钢-混凝土组合结构［M］. 北京: 中国建筑工业出版社，2008.
[2]Valente I, Cruz P J S. Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2004,60(3):465-479
[3]Tan D L, Qin F J, Jin D. Experimental Study on Neotype Anchor System in Tower of Cable-Stayed Bridge[J]. Advanced Materials Research,2011,163:2017-2022
[4]Oguejiofor E C, Hosain M N. Numerical Analysis of Push-out Specimens with Perfobond Rib Connectors[J]. Computer and structures,1997,62(4):617-624
[5]胡建华等. PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究[J]. 铁道科学与工程学报，2007(6), 12～18.