压型钢板-混凝土组合楼板粘结试验研究.pdf

低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 压型钢板 一混凝土组合楼板粘结试 验研 究 高翔， 史庆轩 ( 西 安建筑科技大学 土木工程学院 。 西安7 1 0 0 5 5 ) 【 摘要】 压型钢板 一 混凝土组合楼板因其具有刚度大、 延性好、 施工方便 、 经济效益优越等特点， 目 前在我 国得到较为广泛的应用。通过对 3种共 2 7 块( 2 w、 3 W、 B O N D E C K各 9块， 2 W、 3 W为开口板 ， B O N D E C K为缩口板) 镀锌压型钢板 一 混凝土组合楼板的试验研究， 分析了不同剪跨下， 混凝土强度、 压型钢板厚度、 组合楼板厚度等因 素对组合楼板极限承载力的影响 ， 总结了压型钢板 一混凝土组合楼板剪切 一粘结破坏的形态及受力变形性能， 利 用回归分析提出了以混凝土抗拉强度特征值 表征的剪切 一粘结承载力计算公式。 【 关键词】 压型钢板； 组合楼板； 剪切 一 粘结承载力计算公式 【 中图分类号】 I U 3 7 5 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 6 6 0 3 S l j B( I T 、 J 1 )量 口 舰】 、 皿 N TA I S TU DY 0lF C =【 ) l J 亡 一 1( ) R 皿S 1 l 观D lI e CK A ND C懈I E O0M nE L ) I D RS G A O X i a n g ， S H I Q i n g - x u a n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g， X i a n S c i e n t i fi c a n d T e c h n i c a l U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e ， X i an 7 1 0 0 5 5， C h i n a ) Ab s t r a c t ： R e c e n t l y，t h e c o mp o s i t e fl o o r s l a b w i th the p r o fi l e d s t e e l s h e e t c o n c r e t e h a s b e e n e x t e n s i v e l y a p p l i e d t o e n g i n e e r i n g s b e c a u s e o f i t s b i g d i ty， g o o d d u c t i l i ty ， e a s e f o r e o n s t r u d t i o n ， and g o o d e c o n o m i c ret u ms e t c T h r o u g h the e x p e r i me n ts f o r t h e 3 k i n d s o f c o mp o s i t e fl o o r s l a b s tot a l 2 7 p r o fi l e d s t e e l s h e e t c o n c ret e s the i n fl u e n c e o i l the u l t i ma t e b e a ti n g c a p a c i ty o f the s l a b s b y t h e f a c t o r s o f c o n c r e t e thi c k n e s s，s h eet t h i c k n e s s，s l ab h e i ght a n d s o o n u n d e r d i ff e ren t s h e a r s p a n r a t i o i s a n a l y z e d P r o po the c a l c u l a ti o n f o r m u l a o f s h e a r - b o n d b e a r i ng cap a c i t y b y t h r o u gh reg r e s s i v e a n a l y s i s m e t h o d w a s p r o pos e d a n d c o e ff i c i e n ts f o r t h i s s t e e l p l a t e Ke y wo r d s ： p rofi l e d s t eel s h e e t；c o mp o s i t e fl oor s l a b；s h car - bon d c a p a c i ty c a l c ula ti o n f o r mula 目前， 国内外关于压型钢板 一混凝土组合楼板纵 向剪切粘结承载力的计算方法主要有 m一 系数法和 部分剪切粘结法( P a r t i a l s h e a r c o n n e c t i o n m e t h o d ) 两种。 我国、 美国和欧洲规范都建议采用 m一|i 系数法。本 文主要针对压型钢板 一混凝 土组合楼板的纵 向水平 剪切粘结进行讨论。作者通过对 3种共 2 7块 ( 2 W、 3 W、 B O N D E C K各 9 块 ， 2 W、 3 W为开口板 ， B O N D E C K为 缩 口板) 镀锌压型钢板 一混凝土组合楼板 的承载力试 验 ， 测定了组合板中压型钢板和混凝土之问的相对滑 移并对组合板受剪性能进行进一步的研究。确定这 几种类型组合楼板的 m一i 系数 ， 提出了承载力计算 公式， 为工程设计提供依据。 1 试验概况 1 1 试件制作及设计 试件设计主要参考美 国 A S C E C l j 中的标准试验方 法， 采用 4分点对称加载。 试件设计根据压型钢板类型( 2 W型、 3 W型、 B O N D E C K型) 、 厚度( 从 0 7 5 m m到 1 2 0 m m变化) ， 组合楼 板厚度( 从 1 3 0 m m到 1 9 0 ra m变化) 和组合楼板的板长 ( 从 1 9 5 0 m m 到 3 8 5 0 m m 变 化 ) 、 板 宽 ( 从 9 1 5 ra m 到 9 9 5 m m变化) 的变化设计了 3种 2 7块不同的组合楼 板。各个组合楼板分别编号为 ： 2 W- V B 1 1 1 3 ， 2 W- VB- 212 3， 2 W - VB 313 3， 3 W- V B 1 1 1 3， 3 W - VB- 2 1 2 3， 3 W- VB- 313 3， B - VB一 1 1 1 3， B V B- 212 3， B V B- 3 1 3 3。 试件制作时， 取一块压型钢板， 截取长度等于楼 板的板长。试件支模时， 将压型钢板作为试件底模， 按 照楼板试件的长度 、 宽度和厚度支设侧面木模板。为 了防止收缩应力和温度应力的影响， 在板顶布设 1 5 0的双向构造钢筋， 用来模拟实际工程中楼板 中的 分布钢筋 ， 构造钢筋的保护层厚度为 2 5 m m。混凝土采 用商品混凝土( C 2 5 ) ， 采用人工插入式振捣棒振捣。振 高翔等： 压型钢板 一 混凝土组合楼板粘结试验研究 6 7 捣完后， 待混凝土初凝时进行人工收面， 在室内浇水 养护。同时， 制作混凝土立方体试块( 尺寸为 1 5 0 ra m X 1 5 0 ra mX 1 5 0 ra m) ， 每组 3个， 在 同等条件下进行养护， 以测得同批混凝土的实际抗压强度。并根据需要通 过改变试件 的钢板厚度、 剪跨大小、 组合板厚度等来 揭示在不同条件下组合楼板的纵向剪切粘结承载力。 1 2 加载方法和测点布置 试验时， 组合板试件两端简支， 采用 1 0 0 0 k N液压 千斤顶通过分配梁在四分点上对称加载 ， 为保证荷载 传递的均匀性 ， 集中荷载通过三级分配梁最终传到试 件上。加载时， 采用分级加载制度， 根据预计极限荷载 的大小， 试件按每级 1 0 k N加载。试验时， 除了在每级 荷载处读仪表有暂停外， 对构件采用连续加载。加载 速率不超过混凝土中极限受压纤维的应变率， 控制在 1 M P a m i n 。测点布置方面， 根据试验目的， 每块钢板均 沿纵向在跨中、 剪跨及板端布设应变片， 此外， 在剪跨 区加载点处沿肋高布设应变片以测试应力沿钢板肋 高的变化。试验 中所考虑的位移为跨中处的垂直位 移。试验时采用函数记录仪和 T D S 一6 0 2数据采集仪 系统 自动采集各个部位的应变、 滑移和位移。同时 ， 对 试验过程中试件外部的变化进行记录。 2 试验现象描述 ( 1 ) 压型钢板 一混凝土组合楼板在受力过程中 大致可以分为三个 阶段 ： 弹性阶段、 弹塑性阶段和下 降阶段。在弹性阶段 ， 组合板呈现良好的整体工作性 能， 钢板与混凝土之间没有滑移， 板的荷载 一挠度曲 线基本为直线； 到弹塑性阶段 ， 压型钢板的应力仍较 小， 钢板与混凝土交界面上的粘结性能遭 到部分破 坏， 在弯矩最大处组合楼板开始产生裂缝， 继续加载 ， 荷载仍然呈上升趋势， 此时曲线斜率发生了明显的变 化 ， 曲线表现出非线性， 刚度降低 ， 挠度较大 ， 直至达到 最大极限荷载； 极限荷载后， 继续试验， 钢板与混凝土 之间的粘结完全遭到破坏 ， 而这之问开始产生滑移， 板发生较大的挠度， 粘结滑移越大 ， 板 的挠度越大， 荷 载下降越多。 ( 2 ) 大剪跨组合板试件在受荷后的变形较小剪 跨组合板大 。 ( 3 ) 随着剪跨的增大， 试件的承载力在降低， 而 变形能力在增大。即就承载力而言， 小剪跨试件 中 剪跨试件 大剪跨试件； 就变形能力而言， 小剪跨试 件 中剪跨试件 大剪跨试件。 ( 4 ) 随着板厚 的增加试件 的承载力略有增加 。 ( 5 ) 楼板厚度相同时 ， 随着钢板厚度的增加试件 的承载力增加较为明显。 ( 6 ) 通过对开口型和缩口型压型钢板 一 混凝土组 合楼板的比较可发现： 开口型压型钢板 一混凝土组合楼 板的变形性能较差， 混凝土和钢板之间一旦发生粘结破 坏， 破坏会非常突然， 易发生脆性破坏。而缩口型的压型 钢板 一 混凝土组合楼板的变形性能较之为好。 3 剪切粘结承载 力 3 1 试件的承载力 根据试验结果， 可得到组合楼板的开裂荷载、 极 限荷载、 开始滑移荷载以及板端滑移值等。 3 2 组合楼板的剪切粘结承载力计算公式 目前， 国内外关于组合楼板纵向剪切粘结承载力 的计算公式主要是 mk系数法。本文参考 A S C E美 国组合楼板结构设计规范。依据 A S C E的相关规定 ， 不同类型的压型钢板需要回归不同的 m、 k系数。 根据实际情况的需要 ， 国内外学者根据试验提出 如下剪切粘结强度计算公式【 4 3 ： ： b h 0 ( +k ) 式中， b 为板宽； h 0 为板有效高度 ； 为剪跨 ； lD 为 配筋率， D=A 。 b h 0 ； m、 k为剪切粘结系数。 本文通过 3种共 2 7 块试件的试验结果 ， 分别对其 建立以 为横坐标 ， y Oa 。 为纵坐标的 L J e J c 坐标系， 通过线性 回归方法 ， 求得其拟合曲线， 进而得 到其剪切粘结强度计算公式。 以2 W型组合楼板为例： 通过线性 回归 ， 得 m =1 1 2 8 6 9 2 6 ， k=一0 0 0 0 0 6 ， 相关 系数 R=0 9 6 4 0 ， 拟合曲线见图 I 。 0 0 0 0 o 2 0 0 0 0 4 00 O O 6 O 0 0 o 8 图 1 2 W 型 以 f-表示的试验 回归拟合线 考虑到试验结果的离散性， 在工程设计时， 可以 将 m、 k 分别折减 1 0 后使用。 折减后得 m=1 0 1 5 8 2 ， k=一0 0 0 0 0 5 4 ， 故 2 W开口型压型钢板 一混凝土组合 板的剪切粘结承载力计算公式为： ： 1 01 5 8 2 p h o o 0 0 0 0 5 4 ， ， 一 r ， 一 U Oa0 在采用 A S C E的公式计算时， 厂 美国用作为混 凝土抗拉强度的表征值 ， 而我国规范体系中没有这一 值 ， 因此可能会带来可靠度的差异。 为了与我 国规范 保持一致， 避免直接采用美国规范所引起的可靠度的 差异 ， 本文建议采用 代替 。 将纵向抗剪计算公 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 式表示为： ： 6 o ( + ) 同样对试验数据按照同样的方法进行线性拟合 ， 拟合的结果为： m=1 1 2 8 7 ， ：一O 0 0 0 1 ， 相关系数 R ：0 9 6 4 1 ， 如图2 所示。 将 m、 k 分别折减 1 0 。 折减后 得 m=1 0 1 5 8 3 ， 后=一 0 O O O O 9 ， 故 2 W型开口型压型钢 板 一混凝土组合板的剪切粘结承载力计算公式为： ： 丁 1 0 1 5 8 3 p h o O O 0 0 0 9 f ,b h o 一 一 图 2 2 W 型以 表示的试验回归拟合线 用同样的试验 和分 析方法 可 以得 到 3 W 型和 B O N D E C K型组合楼板的剪切粘结承载力计算公式 ： 3 型 ： 彘= 丁137 0 7 p h o 一 。 o 16 83f , ： ： 下 2 4 5 5 3 8 p h o+0 0 7 5 8 7 B O N D E C K_b h ： o 一+o o 7 5 8 7 A 4结语 ( 上接第5 9页) 柱承载力降低比较明显。通过锈蚀钢筋压屈承载力降 低系数来估计正截面轴心受压极限承载力。试验结果 很好 的验证 了以下推导 出的公式 ： ， ， = ( A 。 + ， A 。 ) 式中， 为柱轴向受压承载力估算设计值； 为锈 蚀钢筋混凝土柱的稳定系数； k 为本文提出的锈蚀钢 筋压屈承载力降低系数， 取 |i = f , ； 为混凝土轴 心抗压强度平均值； A 为考虑锈胀几何损伤后柱的有 效截面面积； ， 为锈蚀钢筋抗压强度平均值 ； A 。 为 受压区全部纵向钢筋锈后截面剩余面积。 参考文献 1 杨亚东 钢筋腐蚀混凝土构件的性能退化与可靠性分析 D 西安： 西安建筑科技大学土木工程学院， 2 O 0 0 2 李荣 钢筋混凝土构件钢筋锈蚀后正截面承载力的试验研究 D 北京： j E 京冶金工业部建筑研究总院， 1 9 9 6 ( 1 ) 闭口型压型钢板的组合楼板有较高的剪切 粘结承载力， 且延性较好， 可用于工程的承重构件。 ( 2 ) 组合楼板的破坏 ， 受剪跨的影响比较明显 ， 长剪跨受弯曲控制 ， 短剪跨受剪切粘结控制。剪跨 比 越大延性越好， 反之则越差。组合楼板剪切 +粘结强 度与压型钢板的面积呈线性关系而与强度无关 ， 取决 于混凝土与压型钢板的粘结力。 ( 3 ) 本试验 中未设置剪力栓钉， 特别是对开口型 组合楼板应设置剪力栓钉。在实际应用中， 一般压型 钢板通过剪力栓钉与钢梁固定， 可提高组合楼板的剪 切粘结承载力， 使得结构有更高的安全储备。 参考文献 1 A N S I A S C E B一9 1 ， S t a n d a r d f o r th e S m J c m ml D e s i g n o f C o n o t e S l a b s S 2 詹建敏， 吴沿海 压型一 钢板混凝土组合楼板剪切粘结承载力 试验研究 J 福建建筑， 2 O 0 2 ， ( 3 0 ) ： 2 7 3 0 3 聂建国， 易卫华， 雷丽英 闭12 1 型压型钢板 一混凝土组合楼板 的纵向受剪性能 J 工业建筑， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 1 2 ) ： 1 5 一l 8 4 孙荣华。 陈世鸣 钢与混凝土组合楼板的纵向抗剪分析 J 华 东工业大学学报 ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 3 ) ： 1 0 61 1 0 收稿 日 期 2 0 1 0 0 1 1 2 作者简介 高翔( 1 9 8 2 一) ， 男， 陕西成阳人， 工学硕士， 从事 土木工程专业。 3 王小惠， 梁发云， 刘西拉 局部区段锈蚀的钢筋混凝土柱承载 力试验研究 J 上海： 上海交通大学学报， 2 O O 9 ， ( 6 ) ： 9 9 9 1 0 0 4 4 - R o d r ig u e z J， O r t e g a L M， C ma l J L o a d b e I l g c a p a c i t y o f c o n c r e t e c o l u m s w it h c o r r o d e d r e i n f o r c e m e n t C c 0 口 0 s i m R e i n f o m e m m t in C o n e I t eCo n s t mc t i o n I A Ild o I I ：Or e A nlp a n d P 8 ， 1 9 9 6：2 2 0 2 3 0 5 雷国强 锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究 D 湖 南 ： 湖南大学土木工程学院， 2 O O 7 6 商登峰 锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能研究 D 上海： 同济大 学土木工程学院， 2 O O 5 7 蒋凤昌， 朱慈勉 混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析 J 南京： 东南大学学报， 2 O O 8 ， ( 3 ) ： 2 7 9 2 8 2 8 张誉， 蒋利学， 张伟平， 等 混凝土结构耐久性概论 M 上海： 上海科学技术 出版社 ， 2 0 0 3 收稿日期】 2 O 0 9 0 3 1 9 作者简介 王文焘( 1 9 8 3 一) ， 男， 山西太原人， 研究生， 研究方 向： 结构分析。