輕鋼樓板抗剪承載力研究

鹿文豪 王 明

（聊城大學，山東 聊城 252000）

近年來，在鋼結構房屋建造和傳統建筑加層改造項目中，輕鋼類樓板因自重較小、剛度較大、承載力較高而得到了廣泛應用。傳統輕鋼類樓板普遍為復合型樓板，由壓型鋼板與鋼筋混凝土共同組成。對于組合樓板的研究主要集中在受彎承載力以及板在受彎過程中壓型鋼板與混凝土之間的縱向受剪滑移。目前，國內外針對壓型鋼板作為樓板主要受力構件的研究相對較少，實際工程中采用非標準組合樓板的工程較多。因此，對輕鋼樓板性能的研究迫在眉睫。

1 國內研究現狀

現階段，國內針對輕鋼樓板的研究主要集中在壓型鋼板組合樓板領域，針對壓型鋼板的研究較少，特別是對于壓型鋼板抗剪承載力的研究，多以壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪為研究對象。

（1）潘紅霞、蔡飛對壓型鋼板組合樓板進行靜力加載試驗，確定荷載與腹部主拉應力的關系，試驗值與理論計算值吻合度較高。

（2）張賀鵬制作7塊輕集料混凝土組合樓板足尺試件，對其縱向剪切性能進行研究。分析組合樓板縱向剪切破壞過程中應變、縱向滑移、撓度變化，并分析極限承載力的影響因素，結果表明，組合樓板厚度、剪跨對縱向剪切破壞極限承載力均有影響。

（3）高翔通過試驗，研究兩種開口型和一種縮口型鍍鋅壓型鋼板-混凝土組合樓板在簡支狀態下兩點加載的受力性能和縱向剪切-黏結破壞形態，描述三種類型組合樓板的破壞過程、裂縫分布和黏結滑移性能，并深入分析了影響壓型鋼板黏結滑移性能的主要因素。

（4）羅海鑫研究、分析了組合樓板的設計方法和構造形式，通過數值計算得到壓型鋼板與混凝土疊合面的黏結應力計算公式。

（5）王曉彤通過對兩個不同厚度（120mm和180mm）的閉口型壓型鋼板-混凝土組合板進行加載試驗，分析其破壞形態和極限承載力。結果表明，兩個試件破壞模式均為縱向剪切黏結破壞，其極限承載力明顯低于組合板的計算抗彎承載力；組合板的剪切連接度隨組合板厚度的增加而略微增大。

（6）馬山積對三個系列共18塊不同跨度、不同樓板厚度、不同壓型鋼板厚度的試件進行豎向靜力加載試驗研究，得到組合樓板極限承載力、破壞模態、應變變化規律、裂縫分布規律、荷載-撓度關系、壓型鋼板與混凝土疊合面的滑移等。結果表明，壓型鋼板厚度和剪跨對組合樓板承載力均有影響。當剪跨較大時，試件破壞伴有受彎破壞特征，承載能力由組合板的受彎承載力控制；當剪跨較小時，試件破壞形式為剪切黏結破壞。

（7）吳蕊、委旭、史慶軒對YX65-170-510型組合樓板進行縱向受剪性能試驗，分析混凝土厚度、剪跨、壓型鋼板厚度對極限承載力的影響，并確定YX65-170-510型組合樓板的縱向抗剪承載力計算公式。

（8）馬智剛、陳國棟、郭彥林等為獲得閉口型輕鋼樓板斜截面抗剪承載力和破壞形式，對6塊閉口型組合樓板進行受剪承載力試驗，得到荷載-撓度和應力-應變曲線，通過分析提出斜截面抗剪承載力簡化計算公式。

（9）何敏娟、馬人樂、呂兆華等對不同剪跨、不同厚度的8塊組合樓板試件進行加載試驗，得到各試件荷載-相對滑移曲線和縱向抗剪剪力黏結系數，確定U76組合樓板縱向抗剪承載力計算公式。

（10）賀小項、楊志制作3種不同類型的組合樓板試件進行試驗，分析各組合樓板試件的破壞形態和抗剪承載力。結果表明，混凝土強度對組合樓板的縱向抗剪承載力影響較小。

（11）張宇、李海旺、馮子才通過運用有限元分析軟件，分析了輕鋼樓板的承載力，得出壓型鋼板與混凝土疊合面處的抗剪強度對組合樓板的承載力影響較大。

2 國外研究現狀

（1）Saravanan M、Marimuthu V、Prabha P等對壓型鋼板縱向剪切性能進行試驗研究，并對縱向剪切黏結特性的價值進行評估。在試驗過程中觀察到脆性和韌性兩個階段，得出循環荷載對復合板的極限抗剪強度影響較小。

（2）Hamilton對21根波形鋼板鋼梁做了42次剪切屈曲試驗。研究發現，波形較密時易發生整體屈曲。隨后，Elgaaly和Hamilton在該試驗的基礎上進行了大量的研究，發現腹板基本上承擔了梁的剪力，鋼腹板的屈曲存在三種屈曲模態，當波形較密時易發生整體屈曲，波形較疏時易發生局部屈曲，過程中還可能伴有合成屈曲。

（3）南澳大利亞大學的Essam Eltayeb、Xing Ma、Yan Zhuge、Osama Youssf、Julie E.、Mills、Jianzhuang Xiao等通過試驗和分析模型，研究了輕質泡沫橡膠混凝土作為填充材料在純剪切荷載作用下對雙層壓型鋼板的影響。對三塊型鋼-混凝土組合板進行了重復循環純剪切試驗，研究了型鋼混凝土和型鋼混凝土組合板的純剪切性能。

（4）Khandaker M.A. Hossain、Shahryar Rafiei、Mohamed Lachemi、Kamran Behdinan等介紹了由兩層壓型鋼板和一層混凝土填充層組成的復合墻體系統在平面內循環剪切荷載作用下的性能。對整體墻高為1 626mm、寬為720mm的雙層復合墻（DSCW）試件進行測試。結果表明，預應力混凝土墻表現出更好的性能、更低的剛度退化、更高的位移延性及更高的能量延性（基于滯回曲線）。

（5）Li X、Zheng X、 Ashraf M介紹了一種新型組合板的足尺試驗，該板由輕集料混凝土和封閉壓型鋼板（LCCS）制成。為了研究這種新型組合板的結構性能，對11個簡支試件進行了試驗，重點研究其破壞模式。雖然剪切黏結破壞是典型薄板復合板的常見破壞類型，但本文觀察到了一種新的破壞類型，即板在表現出顯著的抗彎能力時發生破壞，并且在大跨度板中觀察到顯著的端部滑移。

（6）Bai L.、Li Y、Hou C 在四點彎曲荷載作用下，設計并試驗了11個足尺橢圓曲線疊合板試件。主要試驗參數包括剪跨比、鋼板厚度、復合板深度和剪力釘布置。根據試驗結果，評價了這些參數對試件破壞模式和縱向抗剪強度的影響。比較了ECC疊合板與傳統混凝土面層疊合板的性能。

（7）Ahmed S M、Avudaiappan S、Sheet I S對組合板的縱向抗剪性能進行了測試和比較。試驗結果表明，由于壓型鋼板與混凝土之間的摩擦力，縱向抗剪承載力被高估。但隨著鋼板與混凝土芯界面法向力的增大而增大。在彈性和塑性階段，研究了不同剪切跨度對黏結強度和承載能力的影響。

（8）P.Prabha、G. Palani、N. Lakshmanan對兩塊SFCC板在靜載荷和循環載荷下進行試驗。從試驗中可以觀察到，所提供的螺柱數量足以導致鋼板在靜態載荷下和循環載荷下撕裂之前屈曲，從而導致面板失效。SFCC板的極限循環荷載不小于單調荷載的80%，峰值荷載后具有較高的延性。

（9）Liang QQ、Uy B、Bradford MA，用有限元方法研究了簡支組合梁在彎剪聯合作用下的抗彎和抗剪強度。建立了組合梁幾何非線性和材料非線性的三維有限元模型，并用試驗結果進行了驗證。在此基礎上，利用驗證后的有限元模型定量分析了混凝土板和組合作用對組合梁抗彎承載力和抗剪承載力的影響。研究了受剪連接程度對深組合梁豎向抗剪強度的影響。提出了建立混凝土板和組合作用的豎向抗剪強度設計模型，以及彎剪組合簡支梁的極限彎矩-剪力相互作用設計模型。

3 結語

綜上所述，對于輕鋼樓板抗剪承載力的研究主要集中在壓型鋼板-混凝土組合樓板中壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪，對輕鋼樓板整體斜截面抗減承載力的影響研究較少。且對于輕鋼樓板承載力的研究主要集中在整體輕鋼樓板的研究，而在實際工程中，輕鋼樓板不可避免地會面臨局部削弱的情況，作為薄壁類結構，局部削弱對承載力的影響較大。因此，對局部削弱后輕鋼樓板承載力的研究更加符合實際需求。