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。     

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%。     

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。     

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。     

冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板静载性能研究

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。对平面尺寸为2 040 mm×1 500 mm、中间设有4根纵向主钢梁的5个装配式组合楼板试件开展静载试验,分析抗剪键类型、有无连接件及后浇带材料的变化对组合楼板静载性能的影响。结果表明,该组合楼板试件具有较高的整体刚度和承载能力,屈服荷载对应位移的最大值为楼板跨度的L/486,能够承担的最大等效均布荷载值为8.83 kN/m~2。普通抗剪栓钉的组合效应明显优于薄壁异形抗剪键的,且前者较之后者,组合楼板的屈服荷载和极限荷载分别提高83.2%和108.2%。后浇层采用细陶粒混凝土不仅能减轻楼板自重,也可使组合楼板的整体承载能力达到设计的基本要求。     

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%。     

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。     

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。     

正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点抗火性能研究

为研究火灾下正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点单剪受力性能,设计并制作了9组共27个胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点试件,分别进行常温下和火灾下加载试验和数值模拟分析。试验结果表明,常温下螺钉的钻入角度对试件典型破坏模式具有重要影响。受火90min及以内各试件组的破坏模式均为凹槽附近混凝土截面的脆性剪切破坏;受火接近120min的试件破坏模式为凹槽附近木材损伤十分严重(炭化和脱落)和凹槽下方木材的顺纹受压屈服,同时自攻螺钉附近部分混凝土被压碎。随着受火时间的逐渐增加,多数试件组的抗剪承载力逐渐降低,最大降低幅度为28.1%。荷载比对试件耐火极限具有重要影响：随着荷载比的不断增加,试件耐火极限最大降幅为50.7%。除试件组SFL3和SFL4外,有限元模型的计算结果与试验结果较为接近,预测误差在15%以内,满足工程精度要求。     

预应力混凝土钢肋叠合板受弯性能试验与理论研究

预应力混凝土钢肋叠合板（PCCSSR）是一种抗弯刚度大、承载力高、加工方便的叠合楼板。PCCSSR的预制部分由预应力混凝土底板、钢腹板及混凝土上翼缘板组成。施工中首先将其预制部分作为浇筑叠合层的混凝土模板,承担施工阶段荷载,待叠合层达到强度后再整体受力。对7块足尺PCCSSR试件进行受弯试验,测得了板的荷载-挠度曲线、极限荷载、破坏模态、应变分布等。试验结果表明：PCCSSR的破坏形态为弯曲破坏,其受弯性能完全满足施工阶段要求,且具有较好的延性;与直线形钢腹板相比,波纹钢腹板具有更好的抗剪能力以及平面外刚度,可明显增大PCCSSR的抗弯刚度,使PCCSSR的整体受力性能更为优越。同时,对PCCSSR的抗裂性能、抗弯刚度和承载力进行了理论分析,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

预应力混凝土钢桁架叠合板受弯性能试验与理论研究

通过在预应力混凝土平板上增设钢桁架方式,提出一种预应力混凝土钢桁架叠合板,解决了现阶段其他类型叠合板用预制底板存在开裂荷载较低、临时支撑密集等问题。为研究不同桁架类型对预制底板及叠合板受弯性能的影响,对6块预制底板试件和4块叠合板试件开展了静力加载试验,得到其破坏特征、开裂荷载、挠度曲线及应变分布等。试验结果表明：钢桁架能够显著提高底板的开裂荷载,其中钢管桁架底板试件的开裂荷载最高,达到平板试件的194%以上,适用跨度最大达到9m;不同桁架类型底板试件的破坏模式存在一定差异,钢板桁架、钢管桁架和钢筋桁架预制底板的破坏特征分别为钢板屈曲、焊缝断裂及钢筋弯曲;钢桁架能显著增强底板及叠合层混凝土的整体受力及协同工作性能;桁架类型对叠合板的受弯性能影响较小,不同桁架类型叠合板的开裂荷载均相同,开裂挠度差异在10%以内。基于试验结果,建立了底板上弦失稳弯矩计算公式,并提出预制底板失效弯矩应取开裂弯矩与上弦失稳弯矩的较小值,计算值与试验值吻合较好。     

带约束预制混凝土叠合板受火后抗弯性能的试验研究

进行带约束预制混凝土叠合板常温和受火后受弯性能的对比试验,研究升降温过程中截面温度场变化和不同受火时间自然冷却后极限荷载、初始弯曲刚度和延性系数的变化规律。结果表明：未受火预制混凝土叠合板和不同受火时间自然冷却后预制混凝土叠合板均发生弯曲破坏。带约束预制混凝土叠合板升温阶段截面温度场呈受火面温度高、背火面温度低的层状分布,降温阶段温度场呈内部温度高、外部温度低的圈状分布;随着受火时间增加,极限荷载和初始弯曲刚度均呈抛物线型下降;受火自然冷却后的残余挠度也明显增大。理论分析表明,经典塑形铰线理论适用于预制混凝土叠合板未受火试件和受火后试件极限荷载的计算;截面温度场和受火后极限荷载数值模拟结果均与试验结果吻合较好,可为预制混凝土叠合板的防火设计和火灾后鉴定评估提供依据。     

预应力混凝土钢管桁架叠合板施工阶段短期刚度研究

预应力混凝土钢管桁架叠合板是近几年出现的一种新型叠合板,叠合板在施工阶段的受力性能非常重要。设计了4个预应力混凝土钢管桁架叠合板试件,并对其进行受弯载荷试验。给出了4个试件的荷载-跨中挠度曲线。同时考虑钢管对混凝土的约束,按照等效截面刚度法推导出了施工阶段的短期刚度计算公式,计算了简支板的跨中挠度。在构件抗弯刚度未发生严重退化时,跨中挠度的计算结果与试验结果较为吻合。     

带型钢肋预制混凝土底板和叠合板的试验研究

为研究一种新型预制型钢肋底板混凝土叠合板的受力性能,以跨度、肋高、肋宽、型钢厚度作为主要变量,对4块带型钢肋预制混凝土底板和2块叠合板进行了静载试验,得到了底板和叠合板的破坏形态、荷载-挠度曲线、型钢荷载-应变曲线,分析了其破坏机理、变形特性以及裂缝发展规律。结果表明,型钢肋与混凝土整体受力较好;增大试件肋宽、肋高均使得试件刚度和抗裂性能提高,增大试件跨度会降低其极限承载力、刚度和恢复性能;采用自然粗糙面的叠合面抗剪性能良好,可达到与整浇板相同的受力性能。     

Behaviour of headed stud shear connectors for composite steel-concrete beams at elevated temperatures

The behaviour of composite steel-concrete beams at elevated temperatures is an important problem. A three-dimensional push test model is developed herein with a two-dimensional temperature distribution field based on the finite element method (FEM) and which may be applied to steel-concrete composite beams. The motivation for this paper is to increase the awareness of the structural engineering community to the concepts behind composite steel-concrete structural design for fire exposure. The behaviour of reinforced concrete slabs under fire conditions strongly depends on the interaction of the slabs with the surrounding elements which include the structural steel beam, steel reinforcing and shear connectors. This study was carried out to consider the effects of elevated temperatures on the behaviour of composite steel-concrete beams for both solid and profiled steel sheeting slabs. This investigation considers the load-slip relationship and ultimate load behaviour for push tests with a three-dimensional non-linear finite element program ABAQUS. As a result of elevated temperatures, the material properties change with temperature. The studies were compared with experimental tests under both ambient and elevated temperatures. Furthermore, for the elevated temperature study, the models were loaded progressively up to the ultimate load to illustrate the capability of the structure to withstand load during a fire. It is concluded that finite element analysis showed that the shear connector strength under fire exposure was very sensitive. It is also shown that profiled steel sheeting slabs exhibit greater fire resistance when compared with that of a solid slab as a function of their ambient temperature strength.