陶粒混凝土-开孔薄壁钢梁组合楼板的受力性能研究

由腹板开孔且翼缘卷边的H形薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板经后浇砂浆和抗剪键组装而成的组合楼板,具有轻质、高强、无需支模、装配化程度高等优势。为研究该类组合楼板的受力性能,对6组不同构造的两边简支组合楼板试件开展静载试验,分析抗剪键分布及薄壁钢壁厚的变化对组合楼板整体受力性能的影响。结果表明：对应等效均布荷载2kN/m2的组合楼板,中心挠度远小于L/500,能够承担的最大荷载值为13.25kN/m2;当混凝土严重开裂且板跨中最大挠度达到L/45时,组合楼板试件并未出现整体塌落;主钢梁上抗剪栓钉的增加,对提高组合楼板的极限荷载和整体刚度均不明显;边梁增设抗剪栓钉对组合楼板的屈服荷载及整体刚度均产生显著影响,当边梁设置与主梁同样的抗剪栓钉时,屈服荷载和整体刚度增幅分别为82.1%和35.6%。     

轻骨料混凝土-薄壁钢梁组合楼板受火后承载性能试验研究

楼板为建筑物的重要构件,其受火后剩余承载性能的研究对于有效指导楼板的火灾后修复和性能评估意义重大。对3块遭受温度为700℃、持续90 min火灾作用后的轻骨料混凝土-薄壁钢梁组合楼板试件开展了静载性能试验。结果表明,尽管火灾作用后组合楼板试件的混凝土已严重开裂、钢梁发生明显屈曲和变形且楼板的整体最大残余竖向位移达到L/80 (L为楼板长度),但组合楼板试件仍具有较高的剩余承载能力,其静载试验的极限荷载达到4.12 k N/m2,中心点的最大挠度达到17.88 mm(L/112),而且未见整体坍塌。对试验结果进一步分析可知:对于双向组合楼板试件,在不改变主梁和预制板相关参数的条件下,采用普通栓钉及钢筋拉结件的组合效果优于采用薄壁异形抗剪键及钢条拉结件;虽然以水泥砂浆为后浇层能够增强组合楼板的整体性、提高整体刚度,但从减轻楼板自重的角度,仍可选用陶粒混凝土作为该组合楼板的后浇层,并可满足组合楼板对承载能力和刚度的基本要求。     

薄壁钢梁-陶粒混凝土装配式组合楼板受火后受力性能研究

由冷弯薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板具有轻质、高强和施工方便等优点。为研究该类组合楼板的抗火性能及高温后的受力性能,对6块遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾升温作用的简支组合楼板试件进行受火后受力性能试验研究。结果表明：当施加的等效均布荷载达到2kN/m²时,受火作用后的组合楼板试件最大挠度小于跨度的1/400,且在加载过程中薄壁钢梁虽已明显扭曲、混凝土板多处开裂,但组合楼板试件未出现整体坍落现象;以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪键组合楼板试件的提高14.2%;当用钢量相同时,主梁数量较多的组合楼板试件采用U形钢筋作为拉结件,其火灾后极限荷载比采用钢条拉结件的组合楼板试件的增加33%,且整体刚度也有所提高;该类组合楼板在受火后仍具有较高承载能力和整体刚度,且抗剪键类型、预制板之间设置的拉结件以及拉结件与抗剪键的连接方式均对其受火后的受力性能有较大的影响。引入组合效应系数可以较好地反映受火后组合楼板试件的组合效应及内部损伤程度。     

装配式组合楼板火灾后力学性能研究

正宁波大学的研究人员开展了冷弯薄壁钢梁-陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板火灾后的力学性能试验研究。试验参数包括主梁壁厚、次梁壁厚、预制板型、抗剪键和连接方式。研究了板的荷载-位移曲线、钢梁应变和混凝土应变的变化规律。研究结果表明:以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受力性能试验研究

为研究开孔薄壁钢梁 轻骨料混凝土组合楼板的受力性能,设计并制作了5块具有不同构造（不同预制板型、抗剪方式及腹板开孔率）的组合楼板试件,进行了简支条件下均布加载受力性能试验研究。结果表明：该组合楼板具有较高的整体刚度和承载能力,当等效均布荷载达到6 kN/m²时,跨中挠度远小于L/500（L为试件跨度）;对于相同的开孔率,薄壁钢梁腹板的开孔应优选孔径小、数量多的开孔形式;采用文中所构造的抗剪键及其布置形式的组合楼板,其抗剪效果明显优于采用结构胶黏结混凝土板和钢梁的;组合效应系数可以较好地反映组合楼板的整体特性及内部损伤。     

帽型薄壁钢梁-轻骨料混凝土组合楼板受力性能试验研究

由帽型冷弯薄壁钢梁作为组合楼板的承重骨架,与轻骨料混凝土预制板块经后浇水泥砂浆而形成轻质组合楼板。为研究其受力性能,设计并制作了5块具有不同构造特征的组合楼板试件,对其进行了简支条件下的静载试验。结果表明：该组合楼板具有较大的整体刚度和承载能力,当等效均布荷载达到正常使用状态的荷载标准值3.2kN/m2时,跨中挠度远小于L/500。当组合楼板的整体变形较大时,帽型钢梁内部的外伸腹板对提高组合楼板的整体刚度产生明显作用,极限状态下割线刚度是帽型钢梁内部无外伸腹板时的2.5倍;当次梁截面高度由20mm增至50mm时,组合板的极限荷载增幅为87.5%。     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受火试验研究

为研究由冷弯卷边H形开孔薄壁钢梁和预制轻骨料混凝土板形成的装配式组合楼板的受火性能,对6个两端简支组合楼板试件开展了高温下试验研究,得到了试件的温度及位移响应。研究结果表明：在等效均布荷载2.0 kN/m²及最高炉温为600℃的烃类火灾作用下,以轻骨料混凝土及腹板开孔薄壁钢梁形成装配式组合楼板具有良好的抗火性能,组合楼板的跨中挠度最大为L/44（L为组合楼板跨度）时,试件仍保持良好的整体性;主钢梁腹板开孔直径与分布形式对组合楼板的整体抗火性能均有显著影响,为减小组合楼板高温下的位移响应,对主钢梁腹板的开孔宜优选孔径大、数量少的分布形式;抗剪键数量对组合楼板抗火性能的响应影响远大于对预制板类型的影响。     

薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板受力性能试验研究

为研究由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土形成的组合楼板的受力性能,对4块具有不同构造特征的两端简支组合楼板试件进行了均布荷载和局域荷载作用下的受力性能试验研究。结果表明:以壁厚为1 mm的冷弯薄壁钢制成的钢桁架作为承重骨架的组合楼板试件具有较大的整体刚度,当受到的等效均布荷载达到3 k N/m2时,其跨中挠度远小于L/400(L为试件跨度)。用周边设有凹槽的轻骨料混凝土预制板形成的组合楼板试件,其整体刚度和屈服荷载均高于用周边无凹槽的预制板块所制成的组合楼板试件,且钢桁架斜腹杆厚度的变化对组合楼板整体受力性能也有较为显著的影响。     

钢-混凝土组合扁梁受弯性能理论分析与试验

钢-混凝土组合扁梁楼盖以其楼盖结构高度小、防火性能好、下表面平整观感好、便于管线铺设以及在经济跨度范围内梁高更小的优势,在国外(特别是英国和北欧地区)得到了较广泛的应用。实际工程中,钢-混凝土组合扁梁楼盖应用较多的是SP预应力混凝土叠合楼板和深肋压型钢板组合楼板,用于住宅建筑时,存在以下不足:1)钢梁下翼缘外露,需要进行防腐防火保护;2)深肋压型钢板组合扁梁下翼缘不平整需做吊顶,增加了成本和结构高度;3)SP预应力混凝土叠合楼板和深肋压型钢板组合楼板均为单向板,导致楼盖厚度较大,且楼盖高度难以进一步降低等,制约了钢-混凝土组合扁梁楼盖在实际工程中的应用。为此,提出了预制叠合密肋楼板和预制叠合密肋楼板组合扁梁楼盖的概念,预制叠合密肋楼板由预制带肋底板和现浇层组成,可实现双向传力。由于该新型预制叠合密肋楼板组合扁梁楼盖区别于传统的SP预应力混凝土叠合楼板和深肋压型钢板组合扁梁楼盖,为研究该新型组合扁梁楼盖预制叠合密肋楼板与钢梁协同工作性能及其设计方法,结合某高层钢结构住宅示范工程的设计,对该新型钢-混凝土组合扁梁的受弯性能进行了理论分析与试验研究。设计制作了2个预制叠合密肋楼板组合扁梁试验试件,主要变化参数为钢梁腹板开孔形式和剪力键设置方式。钢梁采用焊接不等翼缘钢梁,楼板采用预制叠合密肋楼板,预制板均不出筋。钢材牌号为Q345B,楼板混凝土强度等级为C35,钢筋为HRB400级。试件计算长度为3 800 mm,几何长度为4 000 mm。通过试验研究该新型钢-混凝土组合扁梁的承载能力、延性、变形性能、裂缝开展、应力及应变发展情况等。在试验研究的基础上,提出了预制叠合密肋楼板组合扁梁抗弯极限承载力计算简化假定,并基于破坏强度理论推导了预制叠合密肋楼板组合扁梁抗弯极限承载力计算公式。通过理论分析和试验研究得到以下结论:1)预制叠合密肋楼板组合扁梁具有优良的承载能力和延性性能。试件挠跨比达到1/32时,试件承载力仍未有明显下降,试件呈延性破坏特征。2)在钢梁下翼缘边缘和受拉钢筋屈服时,试件达到屈服承载力;在钢梁全截面屈服、受拉和受压钢筋屈服、受压区混凝土压溃时,试件达到极限承载力。在峰值荷载之前,混凝土和钢梁截面应变分布近似呈线性分布,可以采用平截面假定。3)基于破坏强度理论提出的预制叠合密肋楼板组合扁梁的抗弯承载力计算公式,与试验结果吻合良好,且偏于安全。     

冷弯薄壁型钢组合楼盖抗剪性能试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合楼盖抗剪性能,进行了1个冷弯薄壁C型钢—压型钢板混凝土组合楼盖、3个冷弯薄壁C型钢桁架—压型钢板混凝土组合楼盖和1个冷弯薄壁C型钢桁架—ALC板组合楼盖试件的抗剪性能试验。详细考察了组合楼盖在低周反复荷载作用下的应变分布规律和破坏形式,分析了组合楼盖的滞回曲线、骨架曲线、荷载强度退化、刚度退化。试验研究表明:采用冷弯薄壁C型钢梁组合楼盖的抗剪极限承载力要高于采用冷弯薄壁C型钢桁架梁组合楼盖;抗剪件在一定程度上可以提高组合楼盖的抗剪承载力。     

整体式拼缝连接的预制空心楼板受弯性能试验研究

为研究采用整体式拼缝、受拉钢筋套筒挤压搭接连接的预制空心楼板在竖向荷载作用下的受弯性能,对2个筒芯内模布设方向不同的预制空心楼板试件和1个整浇空心楼板试件进行静力试验。结果表明:3个试件的钢筋受拉屈服裂缝分布相同,均为空心楼板受弯破坏;预制空心楼板、整浇空心楼板试件峰值荷载与GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算值的比值分别为1.20、1.23;钢筋套筒挤压搭接连接接头可有效传递钢筋拉力;3个试件的竖向荷载-跨中位移曲线、承载能力、不同状态下的挠曲变形基本一致,筒芯内模布设方向对预制空心楼板的整体受力性能影响不大,采用整体式拼缝、受拉钢筋套筒挤压搭接连接的预制空心楼板可基本等同于整浇空心楼板。     

钢筋桁架楼承板钢组合梁抗火性能试验研究

为了得到钢筋桁架楼承板钢组合梁考虑栓钉剪切滑移后的抗火性能,采用火灾试验炉对2个四点加载的足尺钢筋桁架楼承板钢组合梁进行抗火性能的试验研究,其中一个试件按照完全抗剪设计,另一个试件按照部分抗剪设计。组合梁楼板采用钢筋桁架楼承板现浇混凝土组成,钢梁为焊接H形钢梁,抗剪键采用栓钉。试验在ISO834标准升温条件下进行,测量得到组合梁的温度分布、跨中挠度、端部楼板和钢梁的相对剪切滑移位移及楼板的掀起位移。并采用现行《组合结构设计规范》对试件高温下极限承载力进行计算。研究表明,常温下完全抗剪设计的钢筋桁架楼承板钢组合梁具有较好的抗火性能,但高温下仍会产生剪切滑移和掀起位移,部分抗剪连接钢筋桁架楼承板钢组合梁火灾下容易发生混凝土板压溃破坏,且梁端栓钉顶部产生较大的裂缝,在钢梁下翼缘温度超过600℃时,组合梁的变形很快超过完全抗剪连接设计的组合梁,且梁端相对滑移和掀起位移远大于完全抗剪连接设计的组合梁。考虑高温下材料力学性能后,现行《组合结构设计规范》中部分抗剪组合梁承载力计算结果与本文试验结果吻合较好。     

装配式剪力墙浆锚连接的受力性能试验研究

为研究装配式剪力墙竖向浆锚连接的钢筋锚固性能及结合面受剪性能,以插筋配筋率为参数进行了3组搭接试验和2组抗剪试验,确定了其竖向插筋的搭接长度,得到了抗剪试件结合面的承载力、破坏模式和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明：选取的钢筋搭接长度能够满足承载力要求;同一试件中,结合面1（后浇混凝土与抗剪键相连的界面）先于结合面2（后浇混凝土与凹槽连接的界面）破坏;插筋配筋率对结合面开裂荷载影响较小,但对受剪承载力影响较大;抗剪试件破坏时凹槽附近易发生混凝土脱落,建议剪力墙受拉钢筋直径尽量大于8 mm。采用ABAQUS软件对抗剪试验进行了有限元模拟,并分析了后浇混凝土强度、后浇带宽度和凹槽长度等参数对结合面受剪承载力的影响。分析结果表明：提高后浇混凝土强度可使结合面受剪承载力提高;在满足锚固需求条件下,增加后浇带宽度可提高墙体的受剪承载力,减少凹槽长度对墙体受剪承载力影响较小。     

冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板火灾响应试验研究

楼板为建筑物的重要构件,对楼板在各种火灾条件下的火灾响应研究对于楼板的抗火与防火设计意义重大.对4块板厚60mm、遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾作用的冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板试件开展了火灾响应试验研究,得到了组合楼板的响应温度场、火灾下的位移响应及楼板的破坏特征.试验结果表明,不同构造特征的组合楼板,其火灾下的位移响应有明显的差异,其中4个组合楼板试件的最大竖向位移分别为54.2mm,61.9mm,48.7mm和59.9mm.预制板之间设置的钢条连接件是否固定对组合楼板的火灾下位移有一定影响,其中固定后的位移较不固定小14.2％.     

装配式钢框架预制楼板栓钉抗剪连接性能试验研究

在预制装配式多层钢框架中,为方便在预制楼板与钢框架梁之间采用栓钉连接,可以先在预制楼板上栓钉对应位置留孔,现场吊装后再浇筑灌浆料补孔。通过3个栓钉抗剪连接试件在单调荷载下的推出试验,对比了整浇混凝土楼板和留孔后浇灌浆料的预制混凝土楼板中采用栓钉抗剪连接的性能差异。试验结果表明:在栓钉群受剪时各排栓钉承担的剪力差异明显;相比于栓钉与整浇混凝土楼板的连接,栓钉与留孔后浇灌浆料的预制楼板连接的抗剪刚度明显减小,滑移变形能力显著增加。验证了留孔后浇灌浆料的预制楼板与栓钉的连接可以满足抗剪要求。     

钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析(下)

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)和1个悬挑钢次梁锚入混凝土框架梁静载试验,结果表明,钢梁端部的弯矩与剪力引起混凝土梁顶面受弯裂缝、侧面剪、扭斜裂缝,导致钢梁上部区域拔出引起节点锚固失效破坏;由于缺乏楼板及其配筋的约束作用和钢次梁悬链线效应的有利影响,悬臂钢梁承载力小于普通试件;600 mm高框架梁试件的钢梁端部嵌固能力比900 mm高框架梁试件小。论文提出节点应变分布模型,水平与竖直方向的内力分开考虑分析节点内力;研究了不考虑水平力的节点承压破坏的弯剪相关性,表明无量纲弯矩和剪力呈线性关系;分析了弯矩、剪力变化与板中钢筋达屈服、框架梁边缘混凝土压坏的应力状态关系,给出了有实用价值的内力计算公式及设计方法。     

钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析(上)

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)和1个悬挑钢次梁锚入混凝土框架梁静载试验,结果表明,钢梁端部的弯矩与剪力引起混凝土梁顶面受弯裂缝、侧面剪、扭斜裂缝,导致钢梁上部区域拔出引起节点锚固失效破坏;由于缺乏楼板及其配筋的约束作用和钢次梁悬链线效应的有利影响,悬臂钢梁承载力小于普通试件;600 mm高框架梁试件的钢梁端部嵌固能力比900 mm高框架梁试件小。本文提出节点应变分布模型,水平与竖直方向的内力分开考虑分析节点内力;研究了不考虑水平力的节点承压破坏的弯剪相关性,表明无量纲弯矩和剪力呈线性关系;分析了弯矩、剪力变化与板中钢筋达屈服、框架梁边缘混凝土压坏的应力状态关系,给出了有实用价值的内力计算公式及设计方法。     

钢次梁锚入混凝土框架梁试验研究与有限元分析

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)静载试验,结果表明,钢梁上部及其周边混凝土拔出引起节点锚固失效破坏,900 mm框架梁对钢次梁锚固比600 mm框架梁好,设有锚筋节点性能比未设锚筋节点性能略好,ABAQUS有限元分析还表明,由于钢与混凝土间滑移,钢梁端部与混凝土分离,使钢梁端部转角增大;抗剪键布置偏少,混凝土板近支座区域板面翘曲,结构受力不利;当混凝土梁高增加到一定数值时,对节点承载力影响变小;钢梁上混凝土板越厚,钢梁端部转角越小,承载力越大,钢梁上混凝土板达一定厚度对钢梁受力性能更为有利;设有抗剪键钢梁比未设抗剪键钢梁跨中位移、端部转角变小,承载力增大。     

宝冶U76压型钢板-混凝土组合楼板纵向抗剪承载力试验

宝冶U76压型钢板为带压痕开口槽形板,端部焊接栓钉来提高压型钢板-混凝土组合楼板间的纵向抗剪承载力。通过该压型钢板-混凝土组合楼板的加栽试验,得到该组合楼板的压型钢板与混凝土间相对滑移与荷载的关系曲线。根据不同厚度、不同剪跨下8块试件的关系曲线,采用线性回归方法得到U76压型钢板-混凝土组合楼板的纵向抗剪剪力粘结系数,从而确定该种组合楼板的纵向抗剪承载力计算公式。     

压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力研究

压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力受楼板叠合面的纵向抗剪能力控制。本文通过3组组合楼板的荷载试验,研究了单跨简支组合楼板和两跨连续组合楼板的极限抗剪和抗弯性能。试验结果表明:组合楼板的极限承载能力受叠合面的纵向抗剪能力控制;与简支组合楼板相比,连续组合楼板承载能力有明显提高,跨中挠度显著减小,端部支座剪力出现滑移时与简支板端部剪力值相近,显示了连续组合板的端部滑移与剪力的关系与简支板的情况相似。但与简支组合板不同的是,连续组合板端部出现滑移后,其极限承载能力明显高于相同跨度简支板极限承载力。根据试验结果,得到了组合楼板叠合面纵向抗剪能力的计算公式。在组合楼板的承载力设计中,应对支座端部的竖向剪力进行叠合面的纵向抗剪能力验算,文中提出了连续组合楼板的承载力计算方法。