压型钢板-混凝土组合楼板

压型钢板 -混凝土组合楼板 剪切粘结试验研究
C
C SC C SC
关键词
白力更 1 赵 辉2 史庆轩 2 （1，中冶集团建筑设计研究院，北京，100088， 2，西安建筑科技大学，西安，710055）
摘要： 压型钢板-混凝土组合楼板在我国工程设计中越来越多地考虑其组合效应，组合楼板的剪切-粘结
SC
. -E
组合楼板
M O M
f t 和采用国际上通行的
压型钢板
C
剪切-粘结承载力计算公式
SC
-E
.C
O
M
C
SC
. -E
-E
f c′ had a similar relativity and put forward
O .C
C
O
f c′
1
M
为混凝土特征值，这种方法几乎成了国际通行的标准方法。近年来我国学者[3] 也有采用这 种方法进行研究， 并得到了较好的回归公式， 使我国关于组合楼板的研究向前推进了一大步。 但是我国规范体系中没有
3. 对于大剪跨试件（ λ > 6 ） ，荷载加到 3.25T 左右构件出现第一条初始竖向裂缝，位 于纯弯段靠近加载点处，这条裂缝在加荷过程中开展缓慢，试件伴随有间断的响声。此后， 按每级 0.5T 加载， 荷载达到 4T 左右在剪跨段靠近加载点处出现始于板底的竖向裂缝， 随荷 载进一步加大此裂缝沿类似的主压应力迹线开展，并最终发展为临界裂缝。同时，在跨中纯 弯段处开始出现弯曲裂缝，并按一定的间距分布，较密且细微，并向板顶延伸。达到 5T 时，
O
M
M
２００
２８
C SC
２００ ２００
-E .C
图 2 组合楼板中的压型钢板 截面抵抗 矩 (cm3 /m) 28.41 36.12
６００
O
截面惯性矩 (cm4 /m)
实测屈服强度 (N/mm2 ) 333 295
M
33.81 42.98
C
-E SC
-E SC
.C
.C
O
O
M
M
１８００ １８００ １８００ １８００ １８００ ３２００
2. 小剪跨的试件（ 3.5 < λ < 6 ） ，在构件开裂之前，其与同组中其他试件的情况相似， 大概也是在 9T 以上。开裂后，载荷在 11T 左右，将陆续出现几条斜裂缝，有不同程度的开 展，在几条斜裂缝中会形成一条主要的斜裂缝，即临界斜裂缝。13T 左右，可听到连续的响 声，压型钢板和混凝土之间开始发生局部的剥离，有部分砼表层脱落。在 16T 左右，板的 一端的加载点处的百分表有连续变动，变化幅度较小。临界斜裂缝开展至板顶，并出现了从 加载点到支座的斜向裂缝，其开展很迅速，也是在加载后期突然出现，板的折曲变形不大。
ＶＢⅠ－１ ＶＢⅠ－２ ＶＢⅠ－３ ＶＢⅠ－４ ＶＢⅠ－５ ＶＢⅡ－１
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图 1 YJ46-600 型压型钢板截面尺寸 试件中型压型钢板几何和力学性能 钢板厚 度 (mm) 0.747 0.957 截面面积 As(mm2 ) 1140.669 1461.134 重量 (kg/m2 ) 9.95 12.74
３３．８ ４４ ３３．８ ３３．８ ３３源自文库８ ３７．３
2
ＶＢⅡ－２ ＶＢⅡ－３ ＶＢⅡ－４
３２００ ３２００ ３２００
１５０ １３２ １５０
０．９５７ ０．７４７ ０．７４７
９１０ ９１２ ９１０
９００ ９００ ９００
６．５１７ ７．４９４ ６．５１７
４３ ３３．８ ３７．３
1.3 加荷和测试
组合楼板两端简支， 采用千斤顶通过分配梁对称四分点集中加载， 为保证荷载传递的均 匀性，集中荷载通过三级分配最终传到组合楼板上。试验采用液压千斤顶加荷。本试验为单 调静力加载试验，施加荷载按所估计的破坏荷载的 1/10 逐级加载。除了在每级荷载处观察 裂缝有暂停外，对构件连续加载，并无冲击作用。加载速率不超过混凝土中极限受压纤维的 应变率，控制在 1MPa/min 左右。 本次试验的主要测试内容为： ⑴组合楼板中压型钢板与混凝土之间粘结滑移的测定； ⑵组合楼板极限抗剪强度的测定；⑶组合楼板荷载-挠度关系，压型钢板应力-应变关系的测 定；⑷压型钢板截面不同高度处应变的测定。
f c′ 这一特征值，如果把混凝土抗压强度设计值 f c 进行开方，由
于我国与美国可靠度体系不完全相同， 由此可能会带来可靠度的差异。 本文试图按照国际通 行的标准试验方法，采用我国现行《钢筋混凝土结构设计规范》 （ GB50010-2002）混凝土抗
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４６
C C
SC
SC
拉特征值 f t ，得出压型钢板-混凝土组合楼板剪切-粘结承载力计算公式，以适应我国规范的
Bai Ligeng1 （1 Central Research Institute of Building and Construction，MCC. Group Beijing 100000） Zhao Hui2 Shi Qingxuan2 （2 School of Civil Engineering，xi’ an University of Arch. & Tech.. Xi’ an 710055） Abstract ：With the more consider on combination effect of composite slabs design in our country, designer should pay more attention to slabs’ shear-bond performance. To summarize the behavior and shear-bond failure models of this closed profiled sheeting-concrete composite slab, series experiments were conducted on 9 full-scale simply supported composite slabs. Proposed the calculation formula token by f t through analysis method and got m、k coefficient for this steel
１５２ １５０ １３０ １５０ １５２ １５０
０．７４７ ０．９５７ ０．９５７ ０．９５７ ０．９５７ ０．９５７
９１０ ９２５ ９１０ ９０７ ９１０ ９１０
４５０ ４５０ ４５０ ４５０ ４５０ ９００
３．２１２ ３．２５９ ３．８１０ ３．２５９ ３．２１２ ６．５１７
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C C
SC
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. -E
2 破坏过程及西形态
实测结果表明，加荷初期组合截面处于弹性阶段近似为平截面。随荷载增加，两种材料 的应变变化不同步。 破坏时压型钢板基本上达到屈服， 而对于混凝土除了在加载点处局部被 压碎，其他部位的混凝土均未达到极限压应变。试验中大部分试件在破坏前都在板边 50mm 范围内，压型钢板肋顶的高度处形成贯通的水平裂缝，这是因为在试件制作时，为了能更好 的观察裂缝的开展，我们去除了压型钢板边部肋，留有 50mm 的悬挑边，这部分混凝土相 对薄弱。 这条裂缝近似于钢筋混凝土构件的粘接锚固破坏， 钢板与混凝土粘接力将混凝土拉 开， 这说明该板型压型钢板上部三角部分与混凝土有较好的握裹力。 破坏模式根据剪跨比的 不同，基本上可呈现出三种，即：剪切斜拉— 粘结破坏、剪切剪压— 粘结破坏、弯剪— 粘结 破坏，无论何种剪切破坏形式，最终都是以出现滑移导致构件最终破坏，但由于压型钢板有 较强的承载能力和较好的延性，任何破坏形态下，都不会出现突然坍塌。 根据剪跨比的大小将试件分为三类，其破坏过程如下： 1. 小剪跨的试件（ λ < 3.5 ） ，其开裂荷载高于大剪跨的试件。荷载加到 9T 左右，能听 见构件发出间断的响声，荷载加到 9.5T 左右构件出现第一条初始竖向裂缝，位于加载点下 方。随荷载进一步加大，斜裂缝沿类似于钢筋混凝土梁的主压应力迹线开展，并逐步发展成 为临界裂缝，其附近开始出现次生裂缝。在跨中纯弯段竖向裂缝疏而少，开展不明显。13T 左右， 可听到连续的响声， 压型钢板和混凝土之间开始发生局部的剥离， 有部分砼表层脱落。 在 18T 左右，板的一端的加载点处的百分表有连续变动，在板底交界面处出现水平裂缝。 临界裂缝开展至板顶， 周围的次生裂缝也有所发展。 从外观上看在加载点的位置试件被折起。 在试件上的临界斜裂缝迅速变宽的同时， 在板的侧面中部出现瞬间贯通的水平裂缝， 并与斜 裂缝连通， 试件宣告破坏。 板整体的折曲变形不大， 在板的端部出现压型钢板断面形状的洞。
近些年， 随着钢结构的发展， 用压型钢板— 混凝土组合楼板作为建筑物楼板体系的结构 形式越来越多。 通过将混凝土和压型钢板两种材料的特性组合使其共同工作， 发挥出良好的 受力性能及变形能力，形成效果好、经济性能高的楼板体系。1992 年，原冶金工业部颁布 了《钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程》 （ YB9238-92）[1]，该规程一直作为主要依据 指导工程设计，取得了较好的效果。但该规程剪切-粘结承载力计算公式中试验待定系数较 多（ 4 个） ，且规程中未给出标准试验方法；而我国《高层民用建筑钢结构技术规程》 (JGJ99-98)，关于组合楼板设计的章节中未规定剪切-粘结计算，故在实际工程设计中设计人 员并不验算这一承载力。然而组合楼板剪切-粘结破坏一般都早于弯曲破坏，因此验算剪切粘结承载力是非常必要的。国际上大多数国家均采用美国 ASCE 规范的标准公式和标准试 验方法[2]， 这种方法是通过试验确定压型钢板项和混凝土项抗剪待定系数 m、 k， 并以
plate. Indicated that equation expressed by f t or
new meanings to fit our code. Finally revised formulation were given for this slab in design. Keywords ： Composite slab cold-formed deck shear-bond capacity calculation formula
. -E
. -E
３０
表1 型号 YJ46-600 YJ46-600
可靠度体系。
1 试验概况
1.1 YJ46-600 闭口型压型钢板
C
本试验采用中冶集团建筑研究总院提供的 YJ46-600 闭口型镀锌压型钢板。其截面几何 形状如图 1 所示；试验中用两块压型钢板拼接一起，如图 2 所示，材料性能如表 1。
. -E
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f c′ 表征的计算式得出的计算结果具有等同的相关性，这为组合楼板剪切-粘结承载力的计算适应我国规
SHEAR-BOND EXPERIMENTAL STUDY OF COLD-FORMED STEEL DECK AND CONCRETE COMPOSITE SLABS
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f t 表征的剪
M O
1.2 试件设计和制作
在试件设计时，所考虑的影响剪切-粘结承载力的主要因素有：剪跨比、组合楼板高、 压型钢板厚度、混凝土强度。参考 ASCE 标准中有关性能试验的说明以及国内相关的研究 成果， 共设计了 9 块试件， 按两组进行编号(VBⅠ-1~5、 VBⅡ-1~4)， 选用两种剪跨， 即 450mm 和 900mm（这是在 ASCE 中对拟合回归线 A、B 区剪跨的两个限值） 。所有试件中均未配置 附加的受力钢筋，在组合楼板板顶的位置铺设 φ 8 @ 150 的双向构造钢筋，以模拟实际工程， 同时对集中荷载作用点的集中力起到分散作用。试件设计如图 3。 本次试验按两组剪跨比进行了设计， 每组中通过变换不同的影响因素以得出单个因素变 化对剪切— 粘结承载力的影响，综合各影响因素分析其规律性。所有试件的设计如表 2。 表2 试件设计一览表 试件编号 净跨 Ｌ 板厚 ｈ 钢板厚 板宽 剪跨 剪跨比 混凝土强度
性能受到了工程设计人员的重视，本文通过 9 块足尺寸简支板的系列性能试验，总结了压型钢板-混凝土组
合楼板剪切-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 切— 粘结承载力计算公式，并得到了试验板型的 m、k 粘结系数。分析表明，采用
范体系提出了新的思路。最后文章给出了该板型在设计时的建议修正公式。