时间：2013-11-29 分类：工业设计
摘要：压型钢板—混凝土组合板因承载力高、刚度大、施工方便、 并能为工艺管道穿越提供空间等优点，现已广泛成为各类电厂主厂房中楼板的常用形式。本探讨了组合板的受力性能和破坏机理，对组合板的抗弯承载力和纵向抗剪承载力进行研究。分析了组合楼板极限承载力的主要影响因素及其影响大小，从而为主厂房中组合楼板的设计和施工提供参考。
关键词：压型钢板—混凝土组合板,抗弯承载力,纵向抗剪承载力
1.引言
压型钢板—混凝土组合楼盖具有承载力高、刚度大、施工方便、 经济效益显著，并能为工艺管道穿越提供空间等优点，在各类电厂主厂房中已被广泛采用。我国组合楼盖在设计施工中，通常采用《钢—混凝土组合楼盖结构设计与施工规程》[1]和《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]中的计算方法。组合板正截面抗弯承载力，依据楼板的塑性截面设计理论，假设截面受拉区和受压区均达到材料的强度设计值，并假定压型钢板与混凝土完全共同作用。本文通过对组合楼板极限承载力的主要影响因素的分析，为主厂房中组合楼板的设计和施工提供参考。
2. 影响压型钢板—混凝土组合板承载能力的各因素
2.1 压型钢板一混凝土组合楼板理论分析
组合板与非组合板的区别在于，在组合板中压型钢板与混凝土板能够组成组合结构并协同工作[3]。为了保证组合板的协同工作，必须采取足够的抗剪措施，即设置抗剪连接件。根据抗剪连接件强度及刚度的不同，组合板的组合作用可以分为完全共同作用及部分共同作用。在交界面处，如果没有水平滑移及垂直分离，则连接件可认为是刚性的，在此理想化条件下，可认为组合板为完全共同作用。但实际上，所有的连接件都是某种程度的柔性，因此，组合板更多表现为部分共同作用。
组合板的组合作用可分为两种情况来分析，分析基于以下基本假设:
a. 压型钢板与混凝土板的交界面仅有水平滑移，无垂直分离;
b. 平截面假定，即钢板与混凝土的应变沿截面高度呈线性分布;
c. 混凝土在受压和受拉未开裂时有相同的弹性模量;
d. 不考虑压型钢板凹槽内混凝土的影响。
(1)完全共同作用
压型钢板与混凝土板的交界面设置足够的抗剪连接件，在计算应力和挠度时，可忽略滑移引起的应变差，此时沿组合截面全高度的应变分布是一条连续直线。这种作用对应的是弯曲破坏。其破坏机理是当组合板达到抗弯承载力极限状态时，纵向抗剪承载力依然满足要求，板表现为抗弯承载力不足。沿最大弯矩截面的位置破坏，破坏时，受拉区大部分压型钢板的应力都能达到抗拉强度设计值，受压区混凝土的应力达到轴心抗压强度设计值。这种破坏形态与一般钢筋混凝土受弯构件的适筋梁类似。
(2)部分共同作用
采用以压型钢板组合楼板为翼缘的组合梁时，由于受板肋几何尺寸的限制，栓钉数量有限，宜采用部分抗剪连接的设计方法。采用部分抗剪连接可以减少连接件用量，降低造价并方便施工。如果压型钢板与混凝土板的交界面设置的抗剪连接件刚度不足，则交界面发生相对滑移，产生明显的应变差。这种作用对应的是纵向水平剪切粘结破坏。混凝土与压型钢板交界面剪切粘结强度不足，组合板达到极限弯矩之前，交界面产生较大粘结滑移，使得混凝土与压型钢板失去组合作用，沿混凝土与压型钢板交界面破坏。首先在靠近支座位置处的混凝土出现斜裂缝，混凝土与压型钢板开始发生垂直分离，随即压型钢板与混凝土丧失剪切粘结承载力，产生较大的纵向滑移，组合板变形呈非线性增加，最终组合板因丧失组合作用而破坏。
2.2正截面受弯承载力计算
部分抗剪连接组合楼板在正弯矩区段的抗弯强度按下列公式计算
部分抗剪连接组合楼板在负弯矩区段的抗弯强度则取 和 的较小值计算。
通过正截面承载力计算分析，表明设置横向钢筋和端部栓钉则可以极大提高组合楼板的极限承载力，避免发生纵向水平剪切粘结破坏，抗剪筋的贡献强于端部栓钉。并验证了规范中\"为提高组合板的组合作用，应在剪跨区配置(D6@150-300mm的横向钢筋\" \"组合板端应设置栓钉锚固件\"的构造要求是合理的。
2.3组合楼板剪切承载力计算理论
在计算理论方面的关键问题是组合面的剪切计算。组合板的剪切粘结强度与压型钢板的外形尺寸、表面情况、剪切连接件的种类及间距、混凝土强度等级等诸多因素有关，因此很难从理论分析得出一个精确的计算公式。
2.3.1组合楼盖结构设计规范所用公式
我国学者通过对大量国产压型钢板组合板进行水平剪切粘结承载力的试验研究，并经一次回归正交方差分析，得到组合板叠合面的纵向水平受剪承载力的计算公式，如下:
式中 —组合板的纵向剪力设计值，kN/m;
—组合板的纵向剪切粘结承载力，kN/m;
一剪切粘结系数，由试验确定，当无试验资料时，可参考下列数值: 一组合板的剪跨，mm;
一组合板的平均槽宽，mm;
一 组合板截面的有效高度，mm。#p#分页标题#e#
该公式是目前普通混凝土组合楼盖结构结构设计中采用的公式。但该式由试验回归得出，其参数没有直接反映混凝土强度、纵向抗剪筋、端部栓钉及含钢率等因素的影响。所以该公式适用范围受到限制。
2.3.2 m-k法
计算组合楼板纵向水平剪切承载力，国际上广泛采用m-k法[4].这是由美国M. L. Porter和G. E. Ekberg教授等首先提出的基于试验数据回归的半经验方法，其计算公式，如下:
式中， —根据可靠度分析得出的材料强度折减系数， =0.8;
—组合板的计算宽度(mm);
—含钢率， ，其中 为计算宽度范围内压型钢板的截面面积( );
— 组合作用靠凹凸不平的齿槽，或靠压型钢板凹入闭合式外形，或靠压型钢板表面喷涂来提高组合作用时，其值取1;当采用孔洞或附加横向钢筋剪力件时，取剪力件的实际间距(mm);
—混凝土轴心抗压强度设计( );
—混凝土的自重( );
—临时支撑影响系数。如果沿板长都有临时支撑， =1，无临时支撑， =0， 仅板的跨中设有临时支撑， =0.625;
—简支组合板的跨度(mm)
—回归分析直线的斜率;
—回归分析直线的截距。
如果不考虑临时支撑对纵向水平剪切承载力的影响，即 =0，并对公式
进行变换，可得：
3 结论
通过本文分析可知组合楼板计算时应以规范计算公式为主，对于特别重要的工程，应当采用实验确定m、k值，通过m-k法对楼板纵向水平剪切承载力进行验证。由本文分析可知组合楼板的破坏形式更多表为粘结破坏。在设计时应适当增加抗剪连接件的刚度，施工时应确保连接件处混凝土的密实性，为提高组合板的组合作用，应在剪跨区配置6@150-300mm的横向钢筋，组合板端应设置栓钉锚固件。
参考文献
[1] YB9238-92 钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程.
[2] JGJ 99—98 高层民用建筑钢结构技术规程.
[3] 陈世呜.压型钢板-凝土组合楼板的承载能力研究[J].建筑结构学报，2002，23(3)：19-25.
[4] 周起敬，姜维山，潘泰华.钢与混凝土组合结构设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994：47-69
