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。     

闭口型压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪承载力研究

为研究闭口型压型钢板-混凝土组合板的纵向抗剪承载力,进行了3块闭口型组合板的静力加载试验,分析闭口型组合板的破坏现象、裂缝分布以及端部滑移等情况。试验结果表明:3块组合板均发生纵向剪切破坏,组合板端部配置栓钉对抗剪承载力的提高有显著作用,栓钉可以抑制端部滑移的发展。在试验基础上,采用有限元分析方法进一步研究了闭口型组合板纵向抗剪承载力的影响因素,得出了组合板各参数对其抗剪承载力的影响程度。对比分析了国内外组合板抗剪承载力的计算方法,并给出了适用于该种闭口型组合板的纵向抗剪承载力的计算式。     

缩口型压型钢板-混凝土组合板的承载力及变形(一):试验研究及纵向抗剪承载力

共进行了8块组合板试验,研究了缩口型压型钢板-混凝土组合板的破坏特征、纵向抗剪、抗弯等力学性能。试验结果表明,对组合板承载力起控制作用的是纵向剪切破坏和弯曲破坏,对于端部无栓钉的组合板,随剪跨比Ls/dp的增大,破坏形态会逐渐由纵向剪切破坏向弯曲破坏过渡;端部栓钉可以有效改善组合板在极限状态时的受力性能。在试验研究的基础上,分别采用m-k法和部分剪力连接法回归得到了计算该类型压型钢板组合板纵向抗剪承载力的必要参数,同时分析了端部栓钉的有利作用。两种方法均能较准确地预测板的极限承载力。     

组合板纵向抗剪承载能力的简化计算方法

压型钢板与混凝土界面的纵向剪切-粘结破坏是控制组合板承载能力的破坏方式。在试验研究和有限元分析的基础之上,基于欧洲规范的部分连接法,引入代表抗剪连接程度的折减系数η,提出了简支压型钢板-混凝土组合楼板纵向抗剪承载能力的简化计算方法;针对组合板中最为常用的抗剪栓钉的端部锚固形式,通过试验研究和有限元参数分析,再与各国规范的比较和讨论,考虑了栓钉尺寸和数量、混凝土强度和弹性模量、组合板荷载分布和尺寸等因素,提出了端部锚固组合板剪切-粘结破坏时承载能力的改进计算方法。简化计算方法可用于具有不同几何形状、压纹类型和荷载分布情况的组合板。采用简化计算方法得到的结果与不同研究者的试验结果对比后显示出较好的一致性,可供工程设计参考。     

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。     

大跨度缩口型压型钢板-混凝土组合板纵向抗剪承载能力试验研究

对10个大跨度缩口型组合板试件进行纵向抗剪性能试验,研究了端部锚固条件、组合板截面高度、压型钢板厚度及板底附加受拉钢筋等因素对组合板试件的受力性能及破坏形态的影响。研究表明:大跨度缩口型无端部锚固组合板在外荷载作用下多发生延性纵向剪切破坏,而端部锚固组合板则发生弯曲破坏或延性纵向剪切破坏;增加组合楼板的厚度、提高压型钢板厚度及板底布置附加受拉钢筋等措施均能提高组合楼板的承载能力,有效改善压型钢板与混凝土界面的相互作用。     

不同形式组合板纵向抗剪承载力的分析

对开口型与闭口型截面的压型钢板混凝土组合板的纵向水平抗剪承载力的四个影响因素:组合板的跨度、混凝土强度等级、组合板的含钢率、组合板高度的分析比较,得出在相同的条件下,闭口型组合板的纵向抗剪承载力高于开口型组合板;组合板的含钢率与跨度对组合板的纵向抗剪承载力影响较大;组合板的破坏形态与其剪跨比间的关系,为组合板的设计提供依据。     

开口型压型钢板-混凝土组合楼板抗弯承载力试验研究

通过4组不同跨度的开口型压型钢板-混凝土组合楼板的静力试验,研究了组合楼板的裂缝分布、破坏特征和滑移等情况。试验结果表明,开口型压型钢板-混凝土组合楼板破坏以纵向水平剪切黏结破坏形态为主。破坏时压型钢板与混凝土产生纵向剪切裂缝,端部发生相对滑移;设置栓钉和增加楼板的厚度可以提高其抗弯承载力,同时栓钉可以有效减少端部相对滑移;对于大跨度开口型压型钢板-混凝土组合楼板应适当配纵向受拉钢筋以提高其抗弯性能。采用全塑性理论计算的极限抗弯承载力大于试验结果,表明开口型压型钢板-混凝土组合楼板的极限承载力由水平纵向抗剪承载力控制。按极限抗弯承载力设计的开口型组合楼板偏于不安全。     

部分预应力陶粒砼叠合板的试验研究

本文通过三块叠合简支板和五块叠合连续板的试验,研究了部分预应力普通砼薄板叠合陶粒砼楼板的基本性能。从极限强度、内力重分布规律、使用荷载下的变形性能、构件的廷性以及叠合面的抗剪强度、与普通砼叠合板进行了对比。试验结果表明,部分预应力陶粒砼叠合连续板跨中取用较低的预应力度,不仅能满足正常使用极限状态的要求,而且具有较好的延性。叠合面采取无筋结合面的措施,具有足够的抗剪能力,是安全可靠的。     

压型钢板-混凝土组合楼板承载能力试验研究

对工程中常用的开口、闭口以及缩口3种压型钢板-混凝土组合楼板进行弯曲性能试验,考察不同类型压型钢板-混凝土组合楼板的破坏形态、界面剪切黏结性能及纵向抗剪承载能力。研究结果表明:开口型和缩口型组合楼板在外荷载作用下发生纵向剪切破坏;闭口型随着跨度的增加,破坏模式由纵向剪切破坏转为弯曲破坏。通过m-k法对组合楼板纵向剪切承载力进行计算,结果表明混凝土强度对组合楼板纵向抗剪承载力影响不大。     

压型钢板-混凝土组合楼板纵向受剪承载力试验研究

针对组合楼板主要的破坏模式——纵向剪切破坏进行分析,对8块U76型压型钢板-混凝土组合楼板进行了静力试验。试验结果表明:组合板越厚、剪跨越小、剪力横向钢筋越多,组合板纵向受剪承载力就越高。通过与无栓钉组合板的试验结果比较分析,表明组合板中剪跨区的栓钉,能极大地提高受剪承载力;并通过试验得到组合板的荷载-纵向相对滑移关系曲线图,采用欧洲规范4的建议公式,以试验数据为依据,回归得出组合楼板的剪力粘结系数m、k,为该种楼板的工程设计提供参考依据。     

闭口型压型钢板——混凝土组合板承载能力试验研究

闭口型压型钢板—混凝土组合板中,压型钢板能更好地起到受拉钢筋的作用,比开口型压型钢板—混凝土组合板有更多性能优势和更好的应用前景。通过八块采用新型BONDEKⅡ型闭口型压型钢板的组合板的静力性能试验研究和理论分析,着重考察剪跨比和组合板端部栓钉布置对组合板受力性能、破坏形态和极限承载能力的影响,提出了该类闭口型压型钢板的组合板的受弯承载力、竖向受剪承载力和纵向剪切粘结破坏承载力的计算方法及公式,为组合板设计计算提供依据。     

闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳性能试验研究

为研究闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳性能,完成14块闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳试验研究。试验主要考察组合板端部栓钉布置、组合板板厚、疲劳荷载水平及组合板加载剪跨比等4个主要因素对组合板疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合板在各个关键阶段的动挠度、动滑移、压型钢板及混凝土应变、组合板残余挠度及组合板剩余承载能力等参数进行测量和分析。在试验研究基础上,根据组合板疲劳破坏形态及损伤发展情况,着重对组合板的疲劳性能进行较全面研究,初步提出组合板疲劳性能水平评估方法及组合板疲劳设计建议。试验研究结果表明,无栓钉组合板的疲劳性能明显差于带栓钉组合板,布置栓钉可大大提高组合板疲劳性能;无栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为40%的静力极限荷载,而带栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为60%的静力极限荷载。研究结果为闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳设计计算提供有利依据。     

闭口型组合楼板纵向剪切承载性能的试验研究

为研究新型闭口型压型钢板Econdek65-675组合板的破坏、挠曲、端部滑移特性及纵向承载能力,根据欧洲规范对4对18块组合板进行试验而获得相关系数m,k。制作的18个试件分别为115 mm、150 mm、200 mm 3种厚度3组,每组由3块短板与3块长板组成。试验结果发现3组试件都发生明显的端部滑移,呈现过早的纵向剪切破坏。将试验结果与欧洲规范和美国规范进行对比,结果表明欧洲规范更为准确。同时,给出了该种组合板纵向承载力计算公式及相关曲线,并与类似的其他组合板进行对比,结果显示Econdek65-675组合板具有较可靠的组合效率。     

New evaluation and modeling procedure for horizontal shear bond in composite slabs

A new method for modeling the horizontal shear bond in steel deck-concrete composite slabs is proposed. The method considers the slab slenderness as the strength parameter that affects the accuracy of horizontal shear bond modeling. A calculation procedure called the Force Equilibrium method is developed to generate shear bond stress versus end slips relationship (shear bond property) from bending tests. An interpolation procedure is also presented to estimate the shear bond property curves for slabs of varying slenderness using two sets of bending test data. The shear bond property curves are applied to connector elements of finite element models to model the horizontal shear bond behavior in composite slabs. The results of this study show that the shear bond of composite slabs under bending varies with the slenderness parameter, and hence influences the slab strength and behavior, as well as affecting the accuracy of the finite element analyses. The finite element analyses conducted on slabs with different slenderness utilizing a single shear bond property, which are not varied according to the slenderness parameter, may lead to either safe or unsafe results, depending on the geometry of the slabs.     

采用通用有限元法分析组合板的剪切机理

混凝土-冷弯异型钢组合板的强度取决于钢-混凝土界面的纵向剪切破坏。在目前设计过程中,通常采用的纵向剪切强度设计方法,如them-k法和部分交互法,均基于足尺试验,经济性差,耗时长,且仍是半经验的。建立组合板的通用有限元法,将钢-混凝土剪切面作为接触问题,考虑粘贴和摩擦。在分析模型中考虑几何非线性和材料非线性。进行推出试验,验证初步有限元分析,并考虑接触面的粘贴和摩擦。采用本接触模型对组合板的受弯性能进行有限元分析。通过对比组合板的推出试验和弯曲试验,对基于非线性接触理论的有限元分析进行验证。结果表明:基于界面接触模型的有限元分析与试验结果吻合较好,可用于分析组合板的性能和极限承载力。     

组合楼板横向剪切粘结分析及模拟方法

提出压型钢板-混凝土组合楼板横向剪切粘结性能的模拟方法,考虑影响模拟准确性的楼板长细比和强度参数。采用力平衡法推导出抗弯试验中剪切粘结应力与端部滑移量的关系(剪切粘结特性)。建立方程,利用2组抗弯试验数据,估计不同长细比下楼板的剪切粘结特性曲线。将该剪切粘结特性曲线应用于有限元模型中的连接单元,模拟组合楼板的横向剪切粘结性能。结果表明:组合楼板受弯下的剪切粘结性能随长细比变化,并影响楼板承载力、性能及有限元分析的准确性。采用不随长细比变化的剪切粘结特性对楼板进行有限元分析,分析结果并不可靠。     

Capacities of headed stud shear connectors in composite steel beams with precast hollowcore slabs

In steel-concrete composite beams, the longitudinal shear force is transferred across the steel flange/concrete slab interface by the mechanical action of the shear connectors. The ability of the shear connectors to transfer these longitudinal shear forces depends on their strength, and also on the resistance of the concrete slab against longitudinal cracking induced by the high concentration of shear force. Most of the research in composite construction has concentrated on the more traditional reinforced concrete and metal deck construction, and little information is given on shear capacity of the headed studs in precast hollowcore slabs. In this paper, a standard push test procedure for use with composite beams with precast hollowcore slabs is proposed. Seven exploratory push tests were carried out on headed studs in solid RC slabs to validate the testing procedures, and the results showed that the new test is compatible with the results specified in the codes of practice for solid RC slabs. Once a standard procedure is established, 72 full-scale push tests on headed studs in hollowcore slabs were performed to determine the capacities of the headed stud connectors in precast hollowcore slabs and the results of the experimental study are analysed and findings on the effect of all the parameters on connectors’ strength and ductility are presented. Newly proposed design equations for calculating the shear connectors’ capacity for this form of composite construction are also be given.