輕鋼樓板抗剪承載力研究

鹿文豪 王 明

（聊城大學(xué)，山東 聊城 252000）

近年來，在鋼結(jié)構(gòu)房屋建造和傳統(tǒng)建筑加層改造項(xiàng)目中，輕鋼類樓板因自重較小、剛度較大、承載力較高而得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)輕鋼類樓板普遍為復(fù)合型樓板，由壓型鋼板與鋼筋混凝土共同組成。對于組合樓板的研究主要集中在受彎承載力以及板在受彎過程中壓型鋼板與混凝土之間的縱向受剪滑移。目前，國內(nèi)外針對壓型鋼板作為樓板主要受力構(gòu)件的研究相對較少，實(shí)際工程中采用非標(biāo)準(zhǔn)組合樓板的工程較多。因此，對輕鋼樓板性能的研究迫在眉睫。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)針對輕鋼樓板的研究主要集中在壓型鋼板組合樓板領(lǐng)域，針對壓型鋼板的研究較少，特別是對于壓型鋼板抗剪承載力的研究，多以壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪為研究對象。

（1）潘紅霞、蔡飛對壓型鋼板組合樓板進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，確定荷載與腹部主拉應(yīng)力的關(guān)系，試驗(yàn)值與理論計(jì)算值吻合度較高。

（2）張賀鵬制作7塊輕集料混凝土組合樓板足尺試件，對其縱向剪切性能進(jìn)行研究。分析組合樓板縱向剪切破壞過程中應(yīng)變、縱向滑移、撓度變化，并分析極限承載力的影響因素，結(jié)果表明，組合樓板厚度、剪跨對縱向剪切破壞極限承載力均有影響。

（3）高翔通過試驗(yàn)，研究兩種開口型和一種縮口型鍍鋅壓型鋼板-混凝土組合樓板在簡支狀態(tài)下兩點(diǎn)加載的受力性能和縱向剪切-黏結(jié)破壞形態(tài)，描述三種類型組合樓板的破壞過程、裂縫分布和黏結(jié)滑移性能，并深入分析了影響壓型鋼板黏結(jié)滑移性能的主要因素。

（4）羅海鑫研究、分析了組合樓板的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造形式，通過數(shù)值計(jì)算得到壓型鋼板與混凝土疊合面的黏結(jié)應(yīng)力計(jì)算公式。

（5）王曉彤通過對兩個(gè)不同厚度（120mm和180mm）的閉口型壓型鋼板-混凝土組合板進(jìn)行加載試驗(yàn)，分析其破壞形態(tài)和極限承載力。結(jié)果表明，兩個(gè)試件破壞模式均為縱向剪切黏結(jié)破壞，其極限承載力明顯低于組合板的計(jì)算抗彎承載力；組合板的剪切連接度隨組合板厚度的增加而略微增大。

（6）馬山積對三個(gè)系列共18塊不同跨度、不同樓板厚度、不同壓型鋼板厚度的試件進(jìn)行豎向靜力加載試驗(yàn)研究，得到組合樓板極限承載力、破壞模態(tài)、應(yīng)變變化規(guī)律、裂縫分布規(guī)律、荷載-撓度關(guān)系、壓型鋼板與混凝土疊合面的滑移等。結(jié)果表明，壓型鋼板厚度和剪跨對組合樓板承載力均有影響。當(dāng)剪跨較大時(shí)，試件破壞伴有受彎破壞特征，承載能力由組合板的受彎承載力控制；當(dāng)剪跨較小時(shí)，試件破壞形式為剪切黏結(jié)破壞。

（7）吳蕊、委旭、史慶軒對YX65-170-510型組合樓板進(jìn)行縱向受剪性能試驗(yàn)，分析混凝土厚度、剪跨、壓型鋼板厚度對極限承載力的影響，并確定YX65-170-510型組合樓板的縱向抗剪承載力計(jì)算公式。

（8）馬智剛、陳國棟、郭彥林等為獲得閉口型輕鋼樓板斜截面抗剪承載力和破壞形式，對6塊閉口型組合樓板進(jìn)行受剪承載力試驗(yàn)，得到荷載-撓度和應(yīng)力-應(yīng)變曲線，通過分析提出斜截面抗剪承載力簡化計(jì)算公式。

（9）何敏娟、馬人樂、呂兆華等對不同剪跨、不同厚度的8塊組合樓板試件進(jìn)行加載試驗(yàn)，得到各試件荷載-相對滑移曲線和縱向抗剪剪力黏結(jié)系數(shù)，確定U76組合樓板縱向抗剪承載力計(jì)算公式。

（10）賀小項(xiàng)、楊志制作3種不同類型的組合樓板試件進(jìn)行試驗(yàn)，分析各組合樓板試件的破壞形態(tài)和抗剪承載力。結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度對組合樓板的縱向抗剪承載力影響較小。

（11）張宇、李海旺、馮子才通過運(yùn)用有限元分析軟件，分析了輕鋼樓板的承載力，得出壓型鋼板與混凝土疊合面處的抗剪強(qiáng)度對組合樓板的承載力影響較大。

2 國外研究現(xiàn)狀

（1）Saravanan M、Marimuthu V、Prabha P等對壓型鋼板縱向剪切性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對縱向剪切黏結(jié)特性的價(jià)值進(jìn)行評估。在試驗(yàn)過程中觀察到脆性和韌性兩個(gè)階段，得出循環(huán)荷載對復(fù)合板的極限抗剪強(qiáng)度影響較小。

（2）Hamilton對21根波形鋼板鋼梁做了42次剪切屈曲試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，波形較密時(shí)易發(fā)生整體屈曲。隨后，Elgaaly和Hamilton在該試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)腹板基本上承擔(dān)了梁的剪力，鋼腹板的屈曲存在三種屈曲模態(tài)，當(dāng)波形較密時(shí)易發(fā)生整體屈曲，波形較疏時(shí)易發(fā)生局部屈曲，過程中還可能伴有合成屈曲。

（3）南澳大利亞大學(xué)的Essam Eltayeb、Xing Ma、Yan Zhuge、Osama Youssf、Julie E.、Mills、Jianzhuang Xiao等通過試驗(yàn)和分析模型，研究了輕質(zhì)泡沫橡膠混凝土作為填充材料在純剪切荷載作用下對雙層壓型鋼板的影響。對三塊型鋼-混凝土組合板進(jìn)行了重復(fù)循環(huán)純剪切試驗(yàn)，研究了型鋼混凝土和型鋼混凝土組合板的純剪切性能。

（4）Khandaker M.A. Hossain、Shahryar Rafiei、Mohamed Lachemi、Kamran Behdinan等介紹了由兩層壓型鋼板和一層混凝土填充層組成的復(fù)合墻體系統(tǒng)在平面內(nèi)循環(huán)剪切荷載作用下的性能。對整體墻高為1 626mm、寬為720mm的雙層復(fù)合墻（DSCW）試件進(jìn)行測試。結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力混凝土墻表現(xiàn)出更好的性能、更低的剛度退化、更高的位移延性及更高的能量延性（基于滯回曲線）。

（5）Li X、Zheng X、 Ashraf M介紹了一種新型組合板的足尺試驗(yàn)，該板由輕集料混凝土和封閉壓型鋼板（LCCS）制成。為了研究這種新型組合板的結(jié)構(gòu)性能，對11個(gè)簡支試件進(jìn)行了試驗(yàn)，重點(diǎn)研究其破壞模式。雖然剪切黏結(jié)破壞是典型薄板復(fù)合板的常見破壞類型，但本文觀察到了一種新的破壞類型，即板在表現(xiàn)出顯著的抗彎能力時(shí)發(fā)生破壞，并且在大跨度板中觀察到顯著的端部滑移。

（6）Bai L.、Li Y、Hou C 在四點(diǎn)彎曲荷載作用下，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了11個(gè)足尺橢圓曲線疊合板試件。主要試驗(yàn)參數(shù)包括剪跨比、鋼板厚度、復(fù)合板深度和剪力釘布置。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評價(jià)了這些參數(shù)對試件破壞模式和縱向抗剪強(qiáng)度的影響。比較了ECC疊合板與傳統(tǒng)混凝土面層疊合板的性能。

（7）Ahmed S M、Avudaiappan S、Sheet I S對組合板的縱向抗剪性能進(jìn)行了測試和比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于壓型鋼板與混凝土之間的摩擦力，縱向抗剪承載力被高估。但隨著鋼板與混凝土芯界面法向力的增大而增大。在彈性和塑性階段，研究了不同剪切跨度對黏結(jié)強(qiáng)度和承載能力的影響。

（8）P.Prabha、G. Palani、N. Lakshmanan對兩塊SFCC板在靜載荷和循環(huán)載荷下進(jìn)行試驗(yàn)。從試驗(yàn)中可以觀察到，所提供的螺柱數(shù)量足以導(dǎo)致鋼板在靜態(tài)載荷下和循環(huán)載荷下撕裂之前屈曲，從而導(dǎo)致面板失效。SFCC板的極限循環(huán)荷載不小于單調(diào)荷載的80%，峰值荷載后具有較高的延性。

（9）Liang QQ、Uy B、Bradford MA，用有限元方法研究了簡支組合梁在彎剪聯(lián)合作用下的抗彎和抗剪強(qiáng)度。建立了組合梁幾何非線性和材料非線性的三維有限元模型，并用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，利用驗(yàn)證后的有限元模型定量分析了混凝土板和組合作用對組合梁抗彎承載力和抗剪承載力的影響。研究了受剪連接程度對深組合梁豎向抗剪強(qiáng)度的影響。提出了建立混凝土板和組合作用的豎向抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)模型，以及彎剪組合簡支梁的極限彎矩-剪力相互作用設(shè)計(jì)模型。

3 結(jié)語

綜上所述，對于輕鋼樓板抗剪承載力的研究主要集中在壓型鋼板-混凝土組合樓板中壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪，對輕鋼樓板整體斜截面抗減承載力的影響研究較少。且對于輕鋼樓板承載力的研究主要集中在整體輕鋼樓板的研究，而在實(shí)際工程中，輕鋼樓板不可避免地會(huì)面臨局部削弱的情況，作為薄壁類結(jié)構(gòu)，局部削弱對承載力的影響較大。因此，對局部削弱后輕鋼樓板承載力的研究更加符合實(shí)際需求。