孟燕燕， 劉 暢， 陳世鳴

(1． 上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041;2． 同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804;3． 同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

壓型鋼板與混凝土之間良好的粘結(jié)作用是保證壓型鋼板與混凝土協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)，它將直接影響到組合板的破壞形態(tài)、剛度、承載能力、裂縫及變形計(jì)算理論。研究表明［1］，由于壓型鋼板和混凝土之間存在縱向滑移，組合板的極限承載力會(huì)遠(yuǎn)低于按正截面抗彎設(shè)計(jì)的承載力。通常情況下，簡(jiǎn)支組合板跨中最大正彎矩與正截面塑性抗彎設(shè)計(jì)值的比值Mmax/Mp均小于1，表明:組合板的極限承載力受到縱向抗剪能力控制。組合板應(yīng)具備足夠的疊合面縱向抗剪強(qiáng)度以限制壓型鋼板與混凝土之間的縱向滑移，確保其組合作用。

收集了國(guó)內(nèi)外近120 個(gè)組合板足尺試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的篩選整理和分析，建立組合板承載力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，采用m-k 法，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸擬合，對(duì)影響壓型鋼板-混凝土組合板縱向抗剪承載力的各種影響因素進(jìn)行了分析討論。

1 縱向抗剪承載力公式

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于壓型鋼板-混凝土組合板縱向抗剪承載力的計(jì)算方法主要有3 種，分別是m-k 法、部分剪切粘結(jié)法( 簡(jiǎn)稱(chēng)PSC 法) 以及我國(guó)組合樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所用方法。大多數(shù)國(guó)家均采用美國(guó)ASCE規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)公式( 即m-k 法) ，其表達(dá)形式為

式中，Ve為名義剪切粘結(jié)承載力; b 為板寬; dp為板有效高度; L′為剪跨; ρ = Ap/( bdp) ; m，k 為試驗(yàn)確定的剪切粘結(jié)系數(shù); fc′ 為混凝土圓柱體軸心抗壓強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)外通常用混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc代替

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)

搜集了國(guó)內(nèi)外公布的組合板大量文獻(xiàn)資料，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的篩選和整理，建成了一個(gè)組合板承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。目前共收集有國(guó)內(nèi)外近120 個(gè)組合板三分點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 。壓型鋼板分為開(kāi)口型和閉口型;根據(jù)組合板端部是否有栓釘?shù)确譃橛绣^固和無(wú)錨固。壓型鋼板均為有壓痕和齒槽。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源及基本參數(shù)見(jiàn)表1。收集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，試件跨度1 840 ～4 299 mm，板寬688 ～1 830 mm，組合板厚度75 ～225 mm，壓型鋼板厚度0．75 ～1．5 mm、高40 ～76 mm，混凝土板厚28．5 ～149 mm 之間，混凝土強(qiáng)度17．6 ～56 MPa，剪跨350 ～1 170 mm，每個(gè)槽內(nèi)端部栓釘配置0 ～2 個(gè)，混凝土板內(nèi)構(gòu)造鋼筋網(wǎng)配置方式也有所區(qū)別。

表1 壓型鋼板-混凝土組合板試驗(yàn)參數(shù)

3 參數(shù)分析

影響組合板縱向抗剪能力的因素很多，如壓型鋼板的類(lèi)型( 含板肋表面齒槽、肋高等) 、混凝土強(qiáng)度、樓板含鋼量、剪跨等。僅將壓型鋼板分為開(kāi)口和閉口兩種類(lèi)型，尚沒(méi)有考慮齒槽及壓痕肋高幾何構(gòu)造及分布的影響。由于各學(xué)者試驗(yàn)研究側(cè)重點(diǎn)不同，數(shù)據(jù)庫(kù)的某些參數(shù)并不完整。采用m-k 法，以Ap/( bL′)為橫坐標(biāo)、Ve/( bdp) 為縱坐標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸。分析討論了壓型鋼板的類(lèi)型及端部栓釘設(shè)置對(duì)組合板縱向抗剪承載力的影響。

3．1 壓型鋼板類(lèi)型的影響

組合板中的壓型鋼板按照截面形狀分為:開(kāi)口型壓型鋼板和閉口型壓型鋼板。忽略端部栓釘布置個(gè)數(shù)等的影響，按照m-k 法，對(duì)開(kāi)口型及閉口型的壓型鋼板組合板試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行線(xiàn)性回歸，見(jiàn)表2。

回歸結(jié)果顯示:閉口型組合板的回歸直線(xiàn)是開(kāi)口型組合板的回歸直線(xiàn)整體上移，兩者的斜率接近，但是截距相差較大;閉口型組合板的承載力比開(kāi)口型組合板的承載力整體提高了一倍左右，說(shuō)明壓型鋼板的類(lèi)型對(duì)組合板的縱向抗剪承載力有顯著的影響。

3．2 端部栓釘?shù)挠绊?/h3>

組合板按照每個(gè)凹槽內(nèi)栓釘?shù)牟贾们闆r分為: 無(wú)栓釘、1 栓釘/槽、2 栓釘/槽?？紤]壓型鋼板的截面形狀，分別對(duì)組合板開(kāi)口型以及閉口型截面栓釘?shù)挠绊戇M(jìn)行討論。按照m-k 法，對(duì)開(kāi)口型和閉口型的三種栓釘布置方式分別進(jìn)行線(xiàn)性回歸。開(kāi)口型栓釘和閉口型栓釘布置回歸的m，k 值見(jiàn)表3。

表2 壓型鋼板的m，k 值

表3 端部栓釘布置方式的m，k 值比較

開(kāi)口型組合板回歸結(jié)果表明，1 栓釘/槽的布置方式與無(wú)栓釘布置的截距相差不大，但是斜率相差較大。對(duì)于相同的開(kāi)口型組合板，當(dāng)剪跨L′ 比較大時(shí)，1 栓釘/槽布置的承載力相對(duì)于無(wú)栓釘布置相差不大;隨著剪跨的減小，1 栓釘/槽布置的承載力相對(duì)于無(wú)栓釘布置時(shí)提高越來(lái)越明顯。分析認(rèn)為當(dāng)剪跨比較大時(shí)，組合板未發(fā)生剪切破壞之前先發(fā)生了彎曲破壞，其破壞形式由彎曲破壞控制，隨著剪跨的減小，組合板的破壞模式由彎曲破壞向縱向剪切破壞轉(zhuǎn)變，栓釘?shù)牟贾媚軌蛱岣呖v向抗剪承載力，但對(duì)彎曲承載力的提高并不顯著。2 栓釘/槽的布置方式試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)較少，無(wú)法擬合出相應(yīng)直線(xiàn)，在此不做分析。

閉口型組合板回歸結(jié)果表明，1 栓釘/槽的布置方式與無(wú)栓釘布置的截距及斜率相差都不大，1 栓釘/槽對(duì)于閉口型組合板的承載力提高不明顯，分析認(rèn)為閉口型組合板的縱向抗剪承載力本來(lái)就是延性破壞，增加1 栓釘/槽的設(shè)置，只是換一種方式增強(qiáng)的組合板界面的縱向剪切能力，破壞形式仍未改變;2 栓釘/槽布置的閉口型組合板比無(wú)栓釘布置的截距和斜率都大，即2 栓釘/槽布置對(duì)閉口型組合板的承載力提高比1 栓釘布置有效;對(duì)于相同的閉口型組合板，隨著剪跨的減小，2 栓釘/槽的布置方式的承載力相對(duì)于無(wú)栓釘布置時(shí)提高越來(lái)越顯著。

3．3 壓型鋼板類(lèi)型及端部栓釘?shù)墓餐绊?/h3>

同時(shí)考慮壓型鋼板類(lèi)型以及端部栓釘布置情況，組合板可分為4 種類(lèi)型: 開(kāi)口無(wú)栓釘、開(kāi)口有栓釘、閉口無(wú)栓釘、閉口有栓釘。按照m-k 法，分別對(duì)這4 種情況進(jìn)行線(xiàn)性回歸。分析結(jié)果表明:不管是否設(shè)置端部栓釘，閉口型壓型鋼板組合板的承載力均高于開(kāi)口型壓型鋼板的承載力;不管是開(kāi)口型還是閉口型的壓型鋼板，設(shè)置栓釘?shù)某休d力均高于不設(shè)栓釘?shù)某休d力;栓釘?shù)脑O(shè)置對(duì)開(kāi)口型組合板承載力影響較閉口型更為顯著;栓釘?shù)脑O(shè)置使開(kāi)口型組合板的破壞模式由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)檠有?，而閉口型組合板的破壞模式始終是延性破壞。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 端部栓釘布置方式的m，k 值

4 結(jié)論

對(duì)國(guó)內(nèi)外公布的組合板文獻(xiàn)資料進(jìn)行了搜集，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的篩選和整理，建成了一個(gè)綜合國(guó)內(nèi)外的組合板承載力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。采用m-k 法，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸擬合，分析了影響壓型鋼板-混凝土組合板縱向抗剪承載力的主要因素。

(1) 閉口型組合板的承載力比開(kāi)口型組合板的承載力整體提高了一倍左右，說(shuō)明壓型鋼板的類(lèi)型對(duì)組合板的縱向抗剪承載力有顯著的影響。

(2) 對(duì)于相同的開(kāi)口型組合板，當(dāng)剪跨L′ 比較大時(shí)，1 栓釘/槽的布置方式的承載力相對(duì)于無(wú)栓釘布置相差不大;隨著剪跨的減小，1 栓釘/槽的布置方式的承載力相對(duì)于無(wú)栓釘布置顯著提高。

(3)1 栓釘/槽布置對(duì)閉口型組合板的承載力提高不明顯;2 栓釘/槽布置對(duì)閉口型組合板的承載力提高比1 栓釘/槽布置對(duì)閉口型組合板承載力的提高要有效;對(duì)相同的閉口型組合板，隨著剪跨的減小，2 栓釘/槽布置的承載力相對(duì)無(wú)栓釘布置時(shí)提高越來(lái)越顯著。

(4) 同時(shí)考慮壓型鋼板類(lèi)型及端部栓釘布置的情況，栓釘?shù)脑O(shè)置對(duì)開(kāi)口型壓型鋼板組合板承載力影響較為顯著，而對(duì)閉口型壓型鋼板組合板承載力影響較小。

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