壓型鋼板-混凝土組合板的縱向抗剪承載力統(tǒng)計(jì)分析

孟燕燕， 劉 暢， 陳世鳴

(1． 上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041;2． 同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804;3． 同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

壓型鋼板與混凝土之間良好的粘結(jié)作用是保證壓型鋼板與混凝土協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)，它將直接影響到組合板的破壞形態(tài)、剛度、承載能力、裂縫及變形計(jì)算理論。研究表明［1］，由于壓型鋼板和混凝土之間存在縱向滑移，組合板的極限承載力會遠(yuǎn)低于按正截面抗彎設(shè)計(jì)的承載力。通常情況下，簡支組合板跨中最大正彎矩與正截面塑性抗彎設(shè)計(jì)值的比值Mmax/Mp均小于1，表明:組合板的極限承載力受到縱向抗剪能力控制。組合板應(yīng)具備足夠的疊合面縱向抗剪強(qiáng)度以限制壓型鋼板與混凝土之間的縱向滑移，確保其組合作用。

收集了國內(nèi)外近120 個(gè)組合板足尺試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的篩選整理和分析，建立組合板承載力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫，采用m-k 法，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸擬合，對影響壓型鋼板-混凝土組合板縱向抗剪承載力的各種影響因素進(jìn)行了分析討論。

1 縱向抗剪承載力公式

目前，國內(nèi)外關(guān)于壓型鋼板-混凝土組合板縱向抗剪承載力的計(jì)算方法主要有3 種，分別是m-k 法、部分剪切粘結(jié)法( 簡稱PSC 法) 以及我國組合樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所用方法。大多數(shù)國家均采用美國ASCE規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)公式( 即m-k 法) ，其表達(dá)形式為

式中，Ve為名義剪切粘結(jié)承載力; b 為板寬; dp為板有效高度; L′為剪跨; ρ = Ap/( bdp) ; m，k 為試驗(yàn)確定的剪切粘結(jié)系數(shù); fc′ 為混凝土圓柱體軸心抗壓強(qiáng)度，國內(nèi)外通常用混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc代替

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫

搜集了國內(nèi)外公布的組合板大量文獻(xiàn)資料，通過對數(shù)據(jù)的篩選和整理，建成了一個(gè)組合板承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。目前共收集有國內(nèi)外近120 個(gè)組合板三分點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 。壓型鋼板分為開口型和閉口型;根據(jù)組合板端部是否有栓釘?shù)确譃橛绣^固和無錨固。壓型鋼板均為有壓痕和齒槽。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源及基本參數(shù)見表1。收集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，試件跨度1 840 ～4 299 mm，板寬688 ～1 830 mm，組合板厚度75 ～225 mm，壓型鋼板厚度0．75 ～1．5 mm、高40 ～76 mm，混凝土板厚28．5 ～149 mm 之間，混凝土強(qiáng)度17．6 ～56 MPa，剪跨350 ～1 170 mm，每個(gè)槽內(nèi)端部栓釘配置0 ～2 個(gè)，混凝土板內(nèi)構(gòu)造鋼筋網(wǎng)配置方式也有所區(qū)別。

表1 壓型鋼板-混凝土組合板試驗(yàn)參數(shù)

3 參數(shù)分析

影響組合板縱向抗剪能力的因素很多，如壓型鋼板的類型( 含板肋表面齒槽、肋高等) 、混凝土強(qiáng)度、樓板含鋼量、剪跨等。僅將壓型鋼板分為開口和閉口兩種類型，尚沒有考慮齒槽及壓痕肋高幾何構(gòu)造及分布的影響。由于各學(xué)者試驗(yàn)研究側(cè)重點(diǎn)不同，數(shù)據(jù)庫的某些參數(shù)并不完整。采用m-k 法，以Ap/( bL′)為橫坐標(biāo)、Ve/( bdp) 為縱坐標(biāo)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸。分析討論了壓型鋼板的類型及端部栓釘設(shè)置對組合板縱向抗剪承載力的影響。

3．1 壓型鋼板類型的影響

組合板中的壓型鋼板按照截面形狀分為:開口型壓型鋼板和閉口型壓型鋼板。忽略端部栓釘布置個(gè)數(shù)等的影響，按照m-k 法，對開口型及閉口型的壓型鋼板組合板試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行線性回歸，見表2。

回歸結(jié)果顯示:閉口型組合板的回歸直線是開口型組合板的回歸直線整體上移，兩者的斜率接近，但是截距相差較大;閉口型組合板的承載力比開口型組合板的承載力整體提高了一倍左右，說明壓型鋼板的類型對組合板的縱向抗剪承載力有顯著的影響。

3．2 端部栓釘?shù)挠绊?/h3>

組合板按照每個(gè)凹槽內(nèi)栓釘?shù)牟贾们闆r分為: 無栓釘、1 栓釘/槽、2 栓釘/槽?？紤]壓型鋼板的截面形狀，分別對組合板開口型以及閉口型截面栓釘?shù)挠绊戇M(jìn)行討論。按照m-k 法，對開口型和閉口型的三種栓釘布置方式分別進(jìn)行線性回歸。開口型栓釘和閉口型栓釘布置回歸的m，k 值見表3。

表2 壓型鋼板的m，k 值

表3 端部栓釘布置方式的m，k 值比較

開口型組合板回歸結(jié)果表明，1 栓釘/槽的布置方式與無栓釘布置的截距相差不大，但是斜率相差較大。對于相同的開口型組合板，當(dāng)剪跨L′ 比較大時(shí)，1 栓釘/槽布置的承載力相對于無栓釘布置相差不大;隨著剪跨的減小，1 栓釘/槽布置的承載力相對于無栓釘布置時(shí)提高越來越明顯。分析認(rèn)為當(dāng)剪跨比較大時(shí)，組合板未發(fā)生剪切破壞之前先發(fā)生了彎曲破壞，其破壞形式由彎曲破壞控制，隨著剪跨的減小，組合板的破壞模式由彎曲破壞向縱向剪切破壞轉(zhuǎn)變，栓釘?shù)牟贾媚軌蛱岣呖v向抗剪承載力，但對彎曲承載力的提高并不顯著。2 栓釘/槽的布置方式試驗(yàn)點(diǎn)測點(diǎn)較少，無法擬合出相應(yīng)直線，在此不做分析。

閉口型組合板回歸結(jié)果表明，1 栓釘/槽的布置方式與無栓釘布置的截距及斜率相差都不大，1 栓釘/槽對于閉口型組合板的承載力提高不明顯，分析認(rèn)為閉口型組合板的縱向抗剪承載力本來就是延性破壞，增加1 栓釘/槽的設(shè)置，只是換一種方式增強(qiáng)的組合板界面的縱向剪切能力，破壞形式仍未改變;2 栓釘/槽布置的閉口型組合板比無栓釘布置的截距和斜率都大，即2 栓釘/槽布置對閉口型組合板的承載力提高比1 栓釘布置有效;對于相同的閉口型組合板，隨著剪跨的減小，2 栓釘/槽的布置方式的承載力相對于無栓釘布置時(shí)提高越來越顯著。

3．3 壓型鋼板類型及端部栓釘?shù)墓餐绊?/h3>

同時(shí)考慮壓型鋼板類型以及端部栓釘布置情況，組合板可分為4 種類型: 開口無栓釘、開口有栓釘、閉口無栓釘、閉口有栓釘。按照m-k 法，分別對這4 種情況進(jìn)行線性回歸。分析結(jié)果表明:不管是否設(shè)置端部栓釘，閉口型壓型鋼板組合板的承載力均高于開口型壓型鋼板的承載力;不管是開口型還是閉口型的壓型鋼板，設(shè)置栓釘?shù)某休d力均高于不設(shè)栓釘?shù)某休d力;栓釘?shù)脑O(shè)置對開口型組合板承載力影響較閉口型更為顯著;栓釘?shù)脑O(shè)置使開口型組合板的破壞模式由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)檠有?，而閉口型組合板的破壞模式始終是延性破壞。結(jié)果見表4。

表4 端部栓釘布置方式的m，k 值

4 結(jié)論

對國內(nèi)外公布的組合板文獻(xiàn)資料進(jìn)行了搜集，通過對數(shù)據(jù)的篩選和整理，建成了一個(gè)綜合國內(nèi)外的組合板承載力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫。采用m-k 法，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸擬合，分析了影響壓型鋼板-混凝土組合板縱向抗剪承載力的主要因素。

(1) 閉口型組合板的承載力比開口型組合板的承載力整體提高了一倍左右，說明壓型鋼板的類型對組合板的縱向抗剪承載力有顯著的影響。

(2) 對于相同的開口型組合板，當(dāng)剪跨L′ 比較大時(shí)，1 栓釘/槽的布置方式的承載力相對于無栓釘布置相差不大;隨著剪跨的減小，1 栓釘/槽的布置方式的承載力相對于無栓釘布置顯著提高。

(3)1 栓釘/槽布置對閉口型組合板的承載力提高不明顯;2 栓釘/槽布置對閉口型組合板的承載力提高比1 栓釘/槽布置對閉口型組合板承載力的提高要有效;對相同的閉口型組合板，隨著剪跨的減小，2 栓釘/槽布置的承載力相對無栓釘布置時(shí)提高越來越顯著。

(4) 同時(shí)考慮壓型鋼板類型及端部栓釘布置的情況，栓釘?shù)脑O(shè)置對開口型壓型鋼板組合板承載力影響較為顯著，而對閉口型壓型鋼板組合板承載力影響較小。

［1］陳世鳴．壓型鋼板-混凝土組合樓板的承載能力研究［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23(3) :37-40．

［2］詹建敏，吳炎海．壓型鋼板-混凝土組合樓板剪切粘結(jié)承載力試驗(yàn)研究［J］． 福建建筑，2002(3) :27-30．

［3］聶建國，易衛(wèi)華，雷麗英．閉口型壓型鋼板-混凝土組合板的縱向受剪性能［J］．工業(yè)建筑，2003，33(12) :15-18．

［4］白力更，趙輝，史慶軒．壓型鋼板-混凝土組合樓板剪切-粘結(jié)試驗(yàn)研究［J］．鋼結(jié)構(gòu)，2005，20(3) :30-34．

［5］康眾舉，張興虎，史慶軒，等．閉口式壓型鋼板-混凝土組合樓板剪切粘結(jié)承載力試驗(yàn)研究［J］． 浙江建筑，2007，24(4) :15-18．

［6］潘紅霞，何敏娟，蔡飛，等．壓型鋼板-混凝土組合樓板縱向受剪承載力試驗(yàn)研究［J］． 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2007，28( 3) :116-121．

［7］聶建國，左瑩，樊健生．按部分剪力連接計(jì)算壓型鋼板-混凝土組合板承載力的簡化方法［J］． 土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(7) :19-24．

［8］楊文平，楊勇．閉口型壓型鋼板-混凝土組合板承載能力試驗(yàn)研究［J］． 建筑科學(xué)，2008，24(5) :37-42．

［9］吳蕊，史慶軒，委旭．閉口型壓型鋼板-混凝土組合樓板受剪承載力的試驗(yàn)研究［J］．水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2008，6( 4) :137-138．

［10］Vainiunas P，Valivonis J． Analysis of longitudinal shear behavior for composite steel and concrete slabs［J］． Journal of Constructional Steel Research，2006，62: 1264-1269．

［11］Marimuthu V，Seetharaman S．Experimental studies on composite deck slabs to determine the shear-bond characteristic ( m-k )values of the embossed profiled sheet［J］． Journal of Constructional Steel Research． 2007，63:791-803．