压型钢板-混凝土组合板的纵向抗剪承载力统计分析

孟燕燕， 刘 畅， 陈世鸣

(1． 上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041;2． 同济大学 交通运输工程学院，上海 201804;3． 同济大学 土木工程学院，上海 200092)

0 引言

压型钢板与混凝土之间良好的粘结作用是保证压型钢板与混凝土协调工作的基础，它将直接影响到组合板的破坏形态、刚度、承载能力、裂缝及变形计算理论。研究表明［1］，由于压型钢板和混凝土之间存在纵向滑移，组合板的极限承载力会远低于按正截面抗弯设计的承载力。通常情况下，简支组合板跨中最大正弯矩与正截面塑性抗弯设计值的比值Mmax/Mp均小于1，表明:组合板的极限承载力受到纵向抗剪能力控制。组合板应具备足够的叠合面纵向抗剪强度以限制压型钢板与混凝土之间的纵向滑移，确保其组合作用。

收集了国内外近120 个组合板足尺试验数据，通过对数据的筛选整理和分析，建立组合板承载力试验的数据库，采用m-k 法，对试验数据进行了回归拟合，对影响压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪承载力的各种影响因素进行了分析讨论。

1 纵向抗剪承载力公式

目前，国内外关于压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪承载力的计算方法主要有3 种，分别是m-k 法、部分剪切粘结法( 简称PSC 法) 以及我国组合楼盖结构设计规范所用方法。大多数国家均采用美国ASCE规范的标准公式( 即m-k 法) ，其表达形式为

式中，Ve为名义剪切粘结承载力; b 为板宽; dp为板有效高度; L′为剪跨; ρ = Ap/( bdp) ; m，k 为试验确定的剪切粘结系数; fc′ 为混凝土圆柱体轴心抗压强度，国内外通常用混凝土强度设计值fc代替

2 试验数据库

搜集了国内外公布的组合板大量文献资料，通过对数据的筛选和整理，建成了一个组合板承载力试验数据库。目前共收集有国内外近120 个组合板三分点弯曲试验的试验数据 。压型钢板分为开口型和闭口型;根据组合板端部是否有栓钉等分为有锚固和无锚固。压型钢板均为有压痕和齿槽。

试验数据来源及基本参数见表1。收集到的试验数据中，试件跨度1 840 ～4 299 mm，板宽688 ～1 830 mm，组合板厚度75 ～225 mm，压型钢板厚度0．75 ～1．5 mm、高40 ～76 mm，混凝土板厚28．5 ～149 mm 之间，混凝土强度17．6 ～56 MPa，剪跨350 ～1 170 mm，每个槽内端部栓钉配置0 ～2 个，混凝土板内构造钢筋网配置方式也有所区别。

表1 压型钢板-混凝土组合板试验参数

3 参数分析

影响组合板纵向抗剪能力的因素很多，如压型钢板的类型( 含板肋表面齿槽、肋高等) 、混凝土强度、楼板含钢量、剪跨等。仅将压型钢板分为开口和闭口两种类型，尚没有考虑齿槽及压痕肋高几何构造及分布的影响。由于各学者试验研究侧重点不同，数据库的某些参数并不完整。采用m-k 法，以Ap/( bL′)为横坐标、Ve/( bdp) 为纵坐标，对试验数据进行线性回归。分析讨论了压型钢板的类型及端部栓钉设置对组合板纵向抗剪承载力的影响。

3．1 压型钢板类型的影响

组合板中的压型钢板按照截面形状分为:开口型压型钢板和闭口型压型钢板。忽略端部栓钉布置个数等的影响，按照m-k 法，对开口型及闭口型的压型钢板组合板试验数据分别进行线性回归，见表2。

回归结果显示:闭口型组合板的回归直线是开口型组合板的回归直线整体上移，两者的斜率接近，但是截距相差较大;闭口型组合板的承载力比开口型组合板的承载力整体提高了一倍左右，说明压型钢板的类型对组合板的纵向抗剪承载力有显著的影响。

3．2 端部栓钉的影响

组合板按照每个凹槽内栓钉的布置情况分为: 无栓钉、1 栓钉/槽、2 栓钉/槽。考虑压型钢板的截面形状，分别对组合板开口型以及闭口型截面栓钉的影响进行讨论。按照m-k 法，对开口型和闭口型的三种栓钉布置方式分别进行线性回归。开口型栓钉和闭口型栓钉布置回归的m，k 值见表3。

表2 压型钢板的m，k 值

表3 端部栓钉布置方式的m，k 值比较

开口型组合板回归结果表明，1 栓钉/槽的布置方式与无栓钉布置的截距相差不大，但是斜率相差较大。对于相同的开口型组合板，当剪跨L′ 比较大时，1 栓钉/槽布置的承载力相对于无栓钉布置相差不大;随着剪跨的减小，1 栓钉/槽布置的承载力相对于无栓钉布置时提高越来越明显。分析认为当剪跨比较大时，组合板未发生剪切破坏之前先发生了弯曲破坏，其破坏形式由弯曲破坏控制，随着剪跨的减小，组合板的破坏模式由弯曲破坏向纵向剪切破坏转变，栓钉的布置能够提高纵向抗剪承载力，但对弯曲承载力的提高并不显著。2 栓钉/槽的布置方式试验点测点较少，无法拟合出相应直线，在此不做分析。

闭口型组合板回归结果表明，1 栓钉/槽的布置方式与无栓钉布置的截距及斜率相差都不大，1 栓钉/槽对于闭口型组合板的承载力提高不明显，分析认为闭口型组合板的纵向抗剪承载力本来就是延性破坏，增加1 栓钉/槽的设置，只是换一种方式增强的组合板界面的纵向剪切能力，破坏形式仍未改变;2 栓钉/槽布置的闭口型组合板比无栓钉布置的截距和斜率都大，即2 栓钉/槽布置对闭口型组合板的承载力提高比1 栓钉布置有效;对于相同的闭口型组合板，随着剪跨的减小，2 栓钉/槽的布置方式的承载力相对于无栓钉布置时提高越来越显著。

3．3 压型钢板类型及端部栓钉的共同影响

同时考虑压型钢板类型以及端部栓钉布置情况，组合板可分为4 种类型: 开口无栓钉、开口有栓钉、闭口无栓钉、闭口有栓钉。按照m-k 法，分别对这4 种情况进行线性回归。分析结果表明:不管是否设置端部栓钉，闭口型压型钢板组合板的承载力均高于开口型压型钢板的承载力;不管是开口型还是闭口型的压型钢板，设置栓钉的承载力均高于不设栓钉的承载力;栓钉的设置对开口型组合板承载力影响较闭口型更为显著;栓钉的设置使开口型组合板的破坏模式由脆性转变为延性，而闭口型组合板的破坏模式始终是延性破坏。结果见表4。

表4 端部栓钉布置方式的m，k 值

4 结论

对国内外公布的组合板文献资料进行了搜集，通过对数据的筛选和整理，建成了一个综合国内外的组合板承载力试验的数据库。采用m-k 法，通过对试验数据的回归拟合，分析了影响压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪承载力的主要因素。

(1) 闭口型组合板的承载力比开口型组合板的承载力整体提高了一倍左右，说明压型钢板的类型对组合板的纵向抗剪承载力有显著的影响。

(2) 对于相同的开口型组合板，当剪跨L′ 比较大时，1 栓钉/槽的布置方式的承载力相对于无栓钉布置相差不大;随着剪跨的减小，1 栓钉/槽的布置方式的承载力相对于无栓钉布置显著提高。

(3)1 栓钉/槽布置对闭口型组合板的承载力提高不明显;2 栓钉/槽布置对闭口型组合板的承载力提高比1 栓钉/槽布置对闭口型组合板承载力的提高要有效;对相同的闭口型组合板，随着剪跨的减小，2 栓钉/槽布置的承载力相对无栓钉布置时提高越来越显著。

(4) 同时考虑压型钢板类型及端部栓钉布置的情况，栓钉的设置对开口型压型钢板组合板承载力影响较为显著，而对闭口型压型钢板组合板承载力影响较小。

［1］陈世鸣．压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力研究［J］．建筑结构学报，2002，23(3) :37-40．

［2］詹建敏，吴炎海．压型钢板-混凝土组合楼板剪切粘结承载力试验研究［J］． 福建建筑，2002(3) :27-30．

［3］聂建国，易卫华，雷丽英．闭口型压型钢板-混凝土组合板的纵向受剪性能［J］．工业建筑，2003，33(12) :15-18．

［4］白力更，赵辉，史庆轩．压型钢板-混凝土组合楼板剪切-粘结试验研究［J］．钢结构，2005，20(3) :30-34．

［5］康众举，张兴虎，史庆轩，等．闭口式压型钢板-混凝土组合楼板剪切粘结承载力试验研究［J］． 浙江建筑，2007，24(4) :15-18．

［6］潘红霞，何敏娟，蔡飞，等．压型钢板-混凝土组合楼板纵向受剪承载力试验研究［J］． 建筑结构学报，2007，28( 3) :116-121．

［7］聂建国，左莹，樊健生．按部分剪力连接计算压型钢板-混凝土组合板承载力的简化方法［J］． 土木工程学报，2007，40(7) :19-24．

［8］杨文平，杨勇．闭口型压型钢板-混凝土组合板承载能力试验研究［J］． 建筑科学，2008，24(5) :37-42．

［9］吴蕊，史庆轩，委旭．闭口型压型钢板-混凝土组合楼板受剪承载力的试验研究［J］．水利与建筑工程学报，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．