輕鋼樓板抗剪承載力研究

鹿文豪 王 明

（聊城大學(xué)，山東 聊城 252000）

近年來(lái)，在鋼結(jié)構(gòu)房屋建造和傳統(tǒng)建筑加層改造項(xiàng)目中，輕鋼類樓板因自重較小、剛度較大、承載力較高而得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)輕鋼類樓板普遍為復(fù)合型樓板，由壓型鋼板與鋼筋混凝土共同組成。對(duì)于組合樓板的研究主要集中在受彎承載力以及板在受彎過(guò)程中壓型鋼板與混凝土之間的縱向受剪滑移。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)壓型鋼板作為樓板主要受力構(gòu)件的研究相對(duì)較少，實(shí)際工程中采用非標(biāo)準(zhǔn)組合樓板的工程較多。因此，對(duì)輕鋼樓板性能的研究迫在眉睫。

1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)針對(duì)輕鋼樓板的研究主要集中在壓型鋼板組合樓板領(lǐng)域，針對(duì)壓型鋼板的研究較少，特別是對(duì)于壓型鋼板抗剪承載力的研究，多以壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪為研究對(duì)象。

（1）潘紅霞、蔡飛對(duì)壓型鋼板組合樓板進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，確定荷載與腹部主拉應(yīng)力的關(guān)系，試驗(yàn)值與理論計(jì)算值吻合度較高。

（2）張賀鵬制作7塊輕集料混凝土組合樓板足尺試件，對(duì)其縱向剪切性能進(jìn)行研究。分析組合樓板縱向剪切破壞過(guò)程中應(yīng)變、縱向滑移、撓度變化，并分析極限承載力的影響因素，結(jié)果表明，組合樓板厚度、剪跨對(duì)縱向剪切破壞極限承載力均有影響。

（3）高翔通過(guò)試驗(yàn)，研究?jī)煞N開口型和一種縮口型鍍鋅壓型鋼板-混凝土組合樓板在簡(jiǎn)支狀態(tài)下兩點(diǎn)加載的受力性能和縱向剪切-黏結(jié)破壞形態(tài)，描述三種類型組合樓板的破壞過(guò)程、裂縫分布和黏結(jié)滑移性能，并深入分析了影響壓型鋼板黏結(jié)滑移性能的主要因素。

（4）羅海鑫研究、分析了組合樓板的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造形式，通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到壓型鋼板與混凝土疊合面的黏結(jié)應(yīng)力計(jì)算公式。

（5）王曉彤通過(guò)對(duì)兩個(gè)不同厚度（120mm和180mm）的閉口型壓型鋼板-混凝土組合板進(jìn)行加載試驗(yàn)，分析其破壞形態(tài)和極限承載力。結(jié)果表明，兩個(gè)試件破壞模式均為縱向剪切黏結(jié)破壞，其極限承載力明顯低于組合板的計(jì)算抗彎承載力；組合板的剪切連接度隨組合板厚度的增加而略微增大。

（6）馬山積對(duì)三個(gè)系列共18塊不同跨度、不同樓板厚度、不同壓型鋼板厚度的試件進(jìn)行豎向靜力加載試驗(yàn)研究，得到組合樓板極限承載力、破壞模態(tài)、應(yīng)變變化規(guī)律、裂縫分布規(guī)律、荷載-撓度關(guān)系、壓型鋼板與混凝土疊合面的滑移等。結(jié)果表明，壓型鋼板厚度和剪跨對(duì)組合樓板承載力均有影響。當(dāng)剪跨較大時(shí)，試件破壞伴有受彎破壞特征，承載能力由組合板的受彎承載力控制；當(dāng)剪跨較小時(shí)，試件破壞形式為剪切黏結(jié)破壞。

（7）吳蕊、委旭、史慶軒對(duì)YX65-170-510型組合樓板進(jìn)行縱向受剪性能試驗(yàn)，分析混凝土厚度、剪跨、壓型鋼板厚度對(duì)極限承載力的影響，并確定YX65-170-510型組合樓板的縱向抗剪承載力計(jì)算公式。

（8）馬智剛、陳國(guó)棟、郭彥林等為獲得閉口型輕鋼樓板斜截面抗剪承載力和破壞形式，對(duì)6塊閉口型組合樓板進(jìn)行受剪承載力試驗(yàn)，得到荷載-撓度和應(yīng)力-應(yīng)變曲線，通過(guò)分析提出斜截面抗剪承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式。

（9）何敏娟、馬人樂、呂兆華等對(duì)不同剪跨、不同厚度的8塊組合樓板試件進(jìn)行加載試驗(yàn)，得到各試件荷載-相對(duì)滑移曲線和縱向抗剪剪力黏結(jié)系數(shù)，確定U76組合樓板縱向抗剪承載力計(jì)算公式。

（10）賀小項(xiàng)、楊志制作3種不同類型的組合樓板試件進(jìn)行試驗(yàn)，分析各組合樓板試件的破壞形態(tài)和抗剪承載力。結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度對(duì)組合樓板的縱向抗剪承載力影響較小。

（11）張宇、李海旺、馮子才通過(guò)運(yùn)用有限元分析軟件，分析了輕鋼樓板的承載力，得出壓型鋼板與混凝土疊合面處的抗剪強(qiáng)度對(duì)組合樓板的承載力影響較大。

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

（1）Saravanan M、Marimuthu V、Prabha P等對(duì)壓型鋼板縱向剪切性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對(duì)縱向剪切黏結(jié)特性的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。在試驗(yàn)過(guò)程中觀察到脆性和韌性兩個(gè)階段，得出循環(huán)荷載對(duì)復(fù)合板的極限抗剪強(qiáng)度影響較小。

（2）Hamilton對(duì)21根波形鋼板鋼梁做了42次剪切屈曲試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，波形較密時(shí)易發(fā)生整體屈曲。隨后，Elgaaly和Hamilton在該試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)腹板基本上承擔(dān)了梁的剪力，鋼腹板的屈曲存在三種屈曲模態(tài)，當(dāng)波形較密時(shí)易發(fā)生整體屈曲，波形較疏時(shí)易發(fā)生局部屈曲，過(guò)程中還可能伴有合成屈曲。

（3）南澳大利亞大學(xué)的Essam Eltayeb、Xing Ma、Yan Zhuge、Osama Youssf、Julie E.、Mills、Jianzhuang Xiao等通過(guò)試驗(yàn)和分析模型，研究了輕質(zhì)泡沫橡膠混凝土作為填充材料在純剪切荷載作用下對(duì)雙層壓型鋼板的影響。對(duì)三塊型鋼-混凝土組合板進(jìn)行了重復(fù)循環(huán)純剪切試驗(yàn)，研究了型鋼混凝土和型鋼混凝土組合板的純剪切性能。

（4）Khandaker M.A. Hossain、Shahryar Rafiei、Mohamed Lachemi、Kamran Behdinan等介紹了由兩層壓型鋼板和一層混凝土填充層組成的復(fù)合墻體系統(tǒng)在平面內(nèi)循環(huán)剪切荷載作用下的性能。對(duì)整體墻高為1 626mm、寬為720mm的雙層復(fù)合墻（DSCW）試件進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力混凝土墻表現(xiàn)出更好的性能、更低的剛度退化、更高的位移延性及更高的能量延性（基于滯回曲線）。

（5）Li X、Zheng X、 Ashraf M介紹了一種新型組合板的足尺試驗(yàn)，該板由輕集料混凝土和封閉壓型鋼板（LCCS）制成。為了研究這種新型組合板的結(jié)構(gòu)性能，對(duì)11個(gè)簡(jiǎn)支試件進(jìn)行了試驗(yàn)，重點(diǎn)研究其破壞模式。雖然剪切黏結(jié)破壞是典型薄板復(fù)合板的常見破壞類型，但本文觀察到了一種新的破壞類型，即板在表現(xiàn)出顯著的抗彎能力時(shí)發(fā)生破壞，并且在大跨度板中觀察到顯著的端部滑移。

（6）Bai L.、Li Y、Hou C 在四點(diǎn)彎曲荷載作用下，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了11個(gè)足尺橢圓曲線疊合板試件。主要試驗(yàn)參數(shù)包括剪跨比、鋼板厚度、復(fù)合板深度和剪力釘布置。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)價(jià)了這些參數(shù)對(duì)試件破壞模式和縱向抗剪強(qiáng)度的影響。比較了ECC疊合板與傳統(tǒng)混凝土面層疊合板的性能。

（7）Ahmed S M、Avudaiappan S、Sheet I S對(duì)組合板的縱向抗剪性能進(jìn)行了測(cè)試和比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于壓型鋼板與混凝土之間的摩擦力，縱向抗剪承載力被高估。但隨著鋼板與混凝土芯界面法向力的增大而增大。在彈性和塑性階段，研究了不同剪切跨度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度和承載能力的影響。

（8）P.Prabha、G. Palani、N. Lakshmanan對(duì)兩塊SFCC板在靜載荷和循環(huán)載荷下進(jìn)行試驗(yàn)。從試驗(yàn)中可以觀察到，所提供的螺柱數(shù)量足以導(dǎo)致鋼板在靜態(tài)載荷下和循環(huán)載荷下撕裂之前屈曲，從而導(dǎo)致面板失效。SFCC板的極限循環(huán)荷載不小于單調(diào)荷載的80%，峰值荷載后具有較高的延性。

（9）Liang QQ、Uy B、Bradford MA，用有限元方法研究了簡(jiǎn)支組合梁在彎剪聯(lián)合作用下的抗彎和抗剪強(qiáng)度。建立了組合梁幾何非線性和材料非線性的三維有限元模型，并用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，利用驗(yàn)證后的有限元模型定量分析了混凝土板和組合作用對(duì)組合梁抗彎承載力和抗剪承載力的影響。研究了受剪連接程度對(duì)深組合梁豎向抗剪強(qiáng)度的影響。提出了建立混凝土板和組合作用的豎向抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)模型，以及彎剪組合簡(jiǎn)支梁的極限彎矩-剪力相互作用設(shè)計(jì)模型。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于輕鋼樓板抗剪承載力的研究主要集中在壓型鋼板-混凝土組合樓板中壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪，對(duì)輕鋼樓板整體斜截面抗減承載力的影響研究較少。且對(duì)于輕鋼樓板承載力的研究主要集中在整體輕鋼樓板的研究，而在實(shí)際工程中，輕鋼樓板不可避免地會(huì)面臨局部削弱的情況，作為薄壁類結(jié)構(gòu)，局部削弱對(duì)承載力的影響較大。因此，對(duì)局部削弱后輕鋼樓板承載力的研究更加符合實(shí)際需求。