闭口型压型钢板—混凝土组合板受力性能研究

2015-08-15张婷婷广州大学土木工程学院广东广州510006

江西建材 2015年13期

■张婷婷 ■广州大学土木工程学院，广东广州 510006

随着全球经济的飞速发展和社会的不断进步，越来越多的建筑结构往高层和超高层发展，随之一种适合于高层建筑的新型的钢与混凝土组合结构——压型钢板—混凝土组合板也得到了广泛的应用。压型钢板—混凝土组合板具有施工速度快，人工成本低、施工时可作为永久模板，不用拆卸、使用阶段可代替受力钢筋增大结构刚度等一系的优越性能。在国内外已经得到了广泛的研究和应用，但是这些研究和应用主要集中在开口型压型钢板—混凝土组合板上，针对闭口型压型钢板—混凝土组合板的研究和应用还相对较少，同时闭口型压型钢板—混凝土组合板具有很多开口型压型钢板—混凝土组合板所不能比拟的优势，所以闭口型压型钢板—混凝土组合板已成为未来钢与混凝土组合板发展的一个趋势。

1 闭口型压型钢板—混凝土组合板优点

与开口型压型钢板—混凝土组合板相比闭口型板在版型截面、安装技术和经济方面都有相对较大的优势。

1.1 截面优势

(1)相比与开口型压型钢板—混凝土组合板闭口型板的腹板贴合同时板底也很平整，可根据需要做成平板天花板、企口型天花板、彩色天花板等多种天花板类型［1］。(2)闭口型压型钢板—混凝土组合板的截面重心到板底的距离小于开口型或缩口型压型钢板—混凝土组合板，所以此类型组合板能够充分发挥材料的强度，提高构件才承载力，安全系数也较高。

1.2 安装技术优势

(1)闭口型压型钢板在工厂进行生产时，就已经按照设计铺板图对其进行了切割和编号，所以施工单位在进行现场安装时不需要再进行切割和补板工作。(2)由于闭口型压型钢板腹板是闭合的，所以不用像开口型压型钢板那样在浇筑混凝土时在端口设置堵板以漏浆。(3)若闭口型压型钢板—混凝土组合板承受荷载较小时，在组合板中可以不配置下部受弯钢筋，大大减少了钢筋铺设和绑扎工艺，降低了人员的投入，提高了安装施工的速度。

1.3 经济优势

(1)由于闭口型压型钢板—混凝土板不需要像开口型板那样喷涂防火涂料，因此闭口型压型钢板—混凝土组合板厚度较小，既减轻了自重增加了净空，而且减少了混凝土用量，节约了成本。(2)闭口型压型钢板—混凝土组合板具有独特的卡槽悬吊系统，板底不需要预埋件就可以提供吊点，大大简化了安装建筑物板底机电管道的程序，同时也显著提高施工速度，节约工期，从而降低了工程成本。

2 闭口型压型钢板—混凝土组合板受力破坏模式

闭口型压型钢板—混凝土组合板通过混凝土与压型钢板之间的化学粘结力、摩擦力、机械咬合力来实现两者的协同工作［2］。闭口型压型钢板—混凝土组合板的承载力与其破坏模式有关，在不同截面和受力状态下，主要有弯曲破坏、纵向水平剪切粘结破坏和斜截面剪切破坏这三种破坏模式:(1)弯曲破坏。在荷载作用下，组合板中的压型钢板和下部混凝土共同受拉，随着荷载的增加组合板挠度增大，压型钢板发生较大弯曲，组合板顶部混凝土被压碎。在达到抗弯极限承载力时，组合板在弯矩最大的垂直面处产生压型钢板弯折或压区混凝土压碎的弯曲破坏，此时组合板的组合效应未完全被破坏，而抗剪切承载力满足要求，表现为抗弯承载力不足。(2)纵向水平剪切粘结破坏。在荷载作用下，由于混凝土和压型钢板两者刚度不一致变形不协调，引起剪跨区混凝土与压型钢板在交界面上粘结强度不足，使得混凝土与压型钢板粘结界面成为组合板的薄弱部位，导致在组合板还没有达到极限承载力之前，两者的粘结界面就已经丧失了纵向剪切粘结承载力，在板端部发生很大的滑移，压型钢板和混凝土失去了组合作用。纵向水平剪切粘结破坏与弯曲破坏最大的区别就在与纵向水平剪切粘结破坏板的一端产生了过大的相对滑移。(3)斜截面剪切破坏。由于组合板的刚度相对较小，所以一般情况下会纵向剪切破坏和弯曲破坏发生较多，仅仅在剪跨比较小时，在支座等最大剪力处会发生沿斜截面的剪切破坏［3］［4］。

3 受弯承载力计算

闭口型压型钢板—混凝土组合板受弯承载力计算满足如下基本假定:(1)闭口型压型钢板—混凝土组合板达到极限状态前截面应变满足平截面假定;(2)不考虑混凝土梁开裂后承受拉力;(3)压型钢板能够与混凝土协同工作，不在受压区混凝土压碎前与混凝土发生粘结滑移。

闭口型压型钢板—混凝土组合板极限受弯承载力的计算方法根据塑性中和轴在组合板中位置的不同可以为以下两种:(1)塑性中和轴在压型钢板上翼缘以上(Apf ≤fchcb)。这种情况下整个压型钢板全部受拉，若令组合板压区混凝土受压区高度为x，则通过力矩平衡可得闭口型压型钢板—混凝土组合板受弯承载力计算公式:(2);式中:Ap——压型钢板波距的截面积;dp——压型钢板形心至组合板顶部的距离;fy——压型钢板屈服强度;fc—混凝土轴心抗压强度。

(2)塑性中和轴在压型钢板内(Apf ＞fchcb)，这种情况下压型钢板上部混凝土全部受压。若令组合板压区混凝土高度为x，不考虑压型钢板肋间缝隙的作用［5］，根据力平衡方程，按式(3)～(5)的闭口型压型钢板—混凝土组合板受弯承载力计算公式:fcbx +Ap1fy=Ap2fy(3);Ap1+Ap2=Ap(4);x=hc+φ(Ap1)(5);Mu=Ap1fyy1+fcbxy2(6);式中:Ap1，Ap2——塑性中和轴以下的压型钢板波距内截面面积和塑性中和轴以上的压型钢板波距内截面面积;y1，y2——压型钢板截面受拉区截面应力的合力分别到混凝土截面至受压区混凝土板截面和压型钢板截面应力合力的距离;若考虑压型钢板肋间缝隙的影响，由于压型钢板裹住的混凝土对承载力贡献不大，忽略其作用，因此(6)式可化为:Mu=Ap1fyy1+fcbhcy2(7)

4 纵向剪切承载力计算

组合板不像普通钢筋混凝土板那样在极限承载力时仅仅发生弯曲破坏，同时也很可能在压型钢板与混凝土粘结界面上发生纵向剪切破坏，即出现两者之间会出现滑移和剥离。在大多数情况下组合板中的压型钢板还未达到极限状态就发生了截面上的纵向剪切破坏，这是组合板受力和破坏的一大特点。因此对于闭口型压型钢板—混凝土组合板纵向抗剪能力的计算，目前普遍采用的是建立在试验数据回归基础之上的m—k 半经验法，即从大量的试验中得到能够计算纵向剪切承载力的参数m 和k。国内外学者［6］［7］［8］根据试验和研究结果提出了如(8)式的纵向剪切承载力计算公式:;

式中:b——板宽;h0——板有效高度;L' ——剪跨;ρ——配筋率，，k——剪切粘结系数。