壓型鋼板-混凝土組合橋面板連接構造試驗研究*

張 杰，雷 波，劉吉林，程建旗

(1.中鐵十五局集團第一工程有限公司,陜西 西安 710000；2.浙江省交通規(guī)劃設計研究院,浙江 杭州 310000； 3.同濟大學,上海 200092)

0 引言

壓型鋼板-混凝土組合板是在壓型鋼板上澆筑混凝土，采取相關措施使二者整體受力的組合結構[1]，按是否考慮壓型鋼板與混凝土間的組合作用分為組合板和非組合板，前者考慮壓型鋼板的承載作用，后者壓型鋼板僅用作施工模板[2]。組合板的壓型鋼板高度與厚度較大，以保證剛度[2]，為增大壓型鋼板與混凝土間的黏結力，一般采用壓型鋼板刻痕、焊接橫向鋼筋、焊接栓釘?shù)确椒ǎ珻ECS 273∶2010《組合樓板設計與施工規(guī)范》[3]對相關連接細節(jié)作了相關規(guī)定。壓型鋼板-混凝土組合板用作橋面板時一般為非組合板，如小西湖立交南濱河路交通節(jié)點改造工程[4]、廣州市文中天橋[5]、南京市玄武大道人行天橋[6]的橋面板設計。非組合板設計不需要考慮壓型鋼板與混凝土間的界面抗剪力，因此，界面防脫開設計尤為重要。在壓型鋼板上刻痕對界面防脫開約束較小，焊接栓釘一般較繁瑣，焊接橫向鋼筋為較簡便的施工方法，但是該連接構造對界面防脫開的影響試驗研究較少，因此本文對這一構造的影響開展研究。

1 試驗方案

試驗設計2個對照組，分別為連接面積對照組和連接構造對照組，共5個試驗構件。通過改變波折數(shù)量探究黏結面積對界面抗脫開能力的作用效果，其中試件LB1A，LB2A壓型鋼板波折數(shù)分別為1，2。通過設置橫向抗剪鋼筋探究鋼筋對界面抗拉拔性能的提升程度，試件LB2B未焊接橫向鋼筋，LB2C，LB2D均在連接面上焊接直徑6mm鋼筋，鋼筋布置間距為200mm，相應構件如圖1所示。

圖1 構件主視圖

試驗采用單向豎直加載方式，如圖2所示。下部混凝土塊與試驗基座固定，上部加載裝置與壓型鋼板相連，不斷向壓型鋼板施加上拔力，當壓型鋼板與混凝土界面有較明顯的整體脫開，或達到加載176kN(18t)上限時，停止試驗，并記錄最終上拔力數(shù)值。在壓型鋼板中部布置位移計，測量壓型鋼板豎向位移，旁邊布置位移計測量逐級加載過程中混凝土試塊的豎向位移。試驗過程中，通過壓型鋼板和混凝土試塊豎向位移的實測值確定壓型鋼板與混凝土間相對界面位移隨外荷載變化規(guī)律。

圖2 試驗方案示意

2 試驗結果

2.1 接觸面積對照結果

接觸面積對照組試件加載歷程和最終破壞形態(tài)如圖3，4所示。2個構件加載后期，壓型鋼板與混凝土突然整體脫開發(fā)生脆性破壞。試件對應的拉拔荷載水平較低，壓型鋼板雙波折的LB2A試件最終破壞荷載為26.86kN，是單波折LB1A構件2.26倍，基本與黏結面積增加倍數(shù)持平。

圖3 接觸面積對照組試驗歷程曲線

圖4 接觸面積對照組試件破壞形態(tài)

由LB1A及LB2A試件加載歷程可知，持續(xù)加載過程中存在力的波動和陡增現(xiàn)象，此現(xiàn)象與壓型鋼板加載過程中的局部開裂有關，黏結面的最終脫開建立在局部黏結失效的積累中。增加壓型鋼板與混凝土間的黏結接觸面積能成比例地增加壓型鋼板與混凝土間的化學膠黏力，進而提高界面抗拉拔黏結能力。實際工程應用中，在保持構件總尺寸不變和施工便捷性的前提下，可通過增加壓型鋼板波折數(shù)量增加黏結接觸面積，從而增加黏結力。

2.2 連接構造對照結果

連接構造對照組試件加載歷程和最終破壞形態(tài)如圖5，6所示。未設置抗剪鋼筋的LB2B破壞模式與上述2個構件相同，均為加載后期時壓型鋼板與混凝土突然整體脫開的脆性破壞，破壞荷載為41.86kN。設置抗剪鋼筋的LB2C與LB2D組在加載過程中，由于拉拔荷載致使壓型鋼板出現(xiàn)較大變形，局部壓型鋼板脫開。但當拉拔荷載達到試驗加載裝置最大加載力176kN(18t)時，2個試件壓型鋼板與混凝土均未完全分離，仍能繼續(xù)承載。

圖5 位移、荷載試驗歷程曲線

圖6 連接構造對照組破壞形態(tài)

設置橫向抗剪鋼筋的LB2C，LB2D試件能承受的拉拔荷載為不設置橫向抗剪鋼筋LB2B試件的4倍以上，而且，設置橫向抗剪鋼筋大大增強試件延性，破壞模式變?yōu)檠有浴Ｒ虼?，設置橫向抗剪鋼筋能增大接觸面抗拉拔承載力和試件延性，明顯提升界面抗拉拔脫開能力，是簡便且行之有效的連接方式。

3 結語

對壓型鋼板-混凝土組合橋面板進行試驗，得出界面接觸面積和橫向抗剪鋼筋對界面抗拉拔脫開能力的作用規(guī)律，根據(jù)試驗結果，對壓型鋼板與現(xiàn)澆橋面板連接構造進行設計與施工處理意義如下。

1)增加壓型鋼板與混凝土的接觸面積，可成比例地提高鋼筋與混凝土間的化學膠黏力，進而增加連接界面的抗拉拔脫開承載力。

2)橫向抗剪鋼筋能顯著提高壓型鋼板-混凝土組合構件的抗拉拔脫開承載力，并能提高構件延性，在壓型鋼板與混凝土黏結面上焊接橫向鋼筋是簡易提升界面抗拉拔脫開力的方法。