新型壓型鋼板受彎承載力試驗(yàn)研究

王明 鹿文豪

【摘 ?要】為研究新型壓型鋼板的受彎承載力性能，論文以靜力加載方式對(duì)新型壓型鋼板進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明：新型壓型鋼板在正常使用極限狀態(tài)下仍處于彈性階段，承載力滿足要求。通過Midas GEN軟件進(jìn)行有限元分析，進(jìn)一步驗(yàn)證新型壓型鋼板的受彎承載力可以滿足正常使用條件。同時(shí)，參照有關(guān)壓型鋼板承載力計(jì)算方法，對(duì)該新型壓型鋼板進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算，該方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為接近，可以作為該樓板承載力計(jì)算公式。

【Abstract】In order to study the flexural capacity of the new profiled steel sheet， the new profiled steel sheet was tested by static loading in this paper. The results show that the new profiled steel sheet is still in the elastic stage under the normal service limit state， and the bearing capacity meets the requirements. Through finite element analysis with Midas GEN software， it is further verified that the flexural capacity of the new profiled steel sheet can meet the normal service conditions. At the same time， the bending capacity of the new profiled steel sheet is calculated with reference to the relevant calculation method of the bearing capacity of the profiled steel sheet. The calculation results of this method are close to the test results and can be used as the calculation formula of the bearing capacity of the floor slab.

【關(guān)鍵詞】壓型鋼板;受彎承載力;有限元分析

【Keywords】profiled steel sheet; flexural capacity; finite element analysis

【中圖分類號(hào)】TU392.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2021）12-0182-03

1 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人們開始不滿足于現(xiàn)有的生活狀況，對(duì)物質(zhì)文化和精神文化生活有了更高的追求，希望獲得更舒適的生活環(huán)境，這不斷刺激建筑行業(yè)的進(jìn)步，促進(jìn)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)如今，為了更合理、更經(jīng)濟(jì)地使用建筑空間，建筑結(jié)構(gòu)的跨度不斷增加，而傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足這些要求，壓型鋼板憑借自身良好的性能，在建筑領(lǐng)域的使用愈發(fā)廣泛，人們對(duì)壓型鋼板的有關(guān)探究不斷深入。武勝等（2018）在國(guó)內(nèi)外深入研究其現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)開孔冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的承載力進(jìn)行了有限元分析，分析結(jié)果顯示冷彎薄壁型鋼在受壓條件下的相關(guān)曲線飽滿，表明冷彎薄壁型鋼適合承受壓彎荷載作用。謝飛等（2019）在滑移的影響作用下，對(duì)壓型鋼板-輕骨料混凝土組合板在不同因素的影響下，研究其受彎承載力。許偉等（2017）以靜力加載的方式，對(duì)2塊壓型鋼板-混凝土組合樓板進(jìn)行試驗(yàn)，在對(duì)樓板的破壞過程、破壞形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，探討了樓板的滑移發(fā)展規(guī)律。

從上述內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于壓型鋼板的相關(guān)研究主要針對(duì)組合樓板，對(duì)壓型鋼板單獨(dú)受力的性能的研究少之又少。因此，針對(duì)壓型鋼板單板受力的研究可以更好地豐富壓型鋼板研究體系，并且為壓型鋼板的進(jìn)一步發(fā)展提供支持。

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

2.1 試件尺寸

壓型鋼板試件長(zhǎng)度為3000mm，高度為88mm，厚度為2mm。壓型鋼板的截面形式如圖1所示。

2.2 加載方案

樓板在施工階段和正常使用過程中，承受的是均布荷載，這在試驗(yàn)過程中是難以模擬的，因此，在加載過程中采用兩點(diǎn)集中加載，千斤頂與試件之間通過分配梁傳遞荷載。壓型鋼板兩端簡(jiǎn)支，支撐點(diǎn)與試件端部相距100mm。具體加載示意圖如圖2所示。試驗(yàn)采用分級(jí)加載方式，進(jìn)行單調(diào)靜力加載試驗(yàn)。具體加載流程如下：

①預(yù)加載：開始加載前，先預(yù)加載第一級(jí)荷載，靜置3min然后卸載至0，重復(fù)2次，檢驗(yàn)各儀器與應(yīng)變片是否正常工作，檢查無誤后再開始正式加載。②正式加載：前7級(jí)每級(jí)加載4kN，之后每級(jí)加載2kN，具體加載曲線如圖3所示。③數(shù)據(jù)采集：每級(jí)荷載加載完成后靜置3min，待荷載和應(yīng)變讀數(shù)穩(wěn)定后，觀察壓型鋼板試件變化，同時(shí)記錄荷載加載值以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值和撓度值。④終止加載條件：壓型鋼板試件破壞。

注意事項(xiàng)：加載卸載過程中，注意觀察試件現(xiàn)象，如有特殊情況出現(xiàn)，立即暫停加載，記錄加載數(shù)據(jù)、變形數(shù)據(jù)、試件表現(xiàn)，并在出現(xiàn)特殊表現(xiàn)的位置做好標(biāo)記。

2.3 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)測(cè)量撓度和應(yīng)變2種數(shù)據(jù)，分別通過位移傳感器和電阻應(yīng)變片測(cè)量，以靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

為觀測(cè)新型壓型鋼板撓度變化，在試件跨中和四分之一跨處放置位移傳感器，采集壓型鋼板的撓度變化，位移傳感器采用磁性表座固定。具體布置如圖4所示。

為獲取新型壓型鋼板應(yīng)變數(shù)據(jù)，在壓型鋼板跨中上翼緣、下翼緣和1/4跨處上翼緣、下翼緣放置電阻應(yīng)變片。具體布置如圖5所示。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

荷載撓度關(guān)系曲線關(guān)系如圖6所示，從圖中曲線可以看出，當(dāng)加載至20kN時(shí)，新型壓型鋼板試件跨中最大撓度為155mm，達(dá)到正常使用極限狀態(tài)的L/200限值，此時(shí)跨中和1/4跨處荷載撓度曲線都近似直線，表明壓型鋼板此時(shí)具有足夠的受彎承載力。當(dāng)加載至28kN時(shí)，跨中撓度增加速度加快，此時(shí)壓型鋼板有輕微聲響。在之后加載過程中，聲響逐漸增大，在加載至34kN時(shí)，試件破壞。此時(shí)1/4跨處荷載撓度仍處于線性狀態(tài)，說明試件破壞是因?yàn)榭缰谐休d力不足導(dǎo)致。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)果分析

荷載應(yīng)變關(guān)系曲線關(guān)系如圖7所示，從圖中曲線可以看出，在加載至正常使用極限荷載過程中，同一截面處上翼緣和下翼緣應(yīng)變大小相近，且荷載應(yīng)變之間呈線性關(guān)系，表明壓型鋼板仍處于彈性變化階段。當(dāng)荷載加載至30kN時(shí)，跨中上、下翼緣應(yīng)變變化迅速，在加載至34kN時(shí)上、下翼緣應(yīng)變突變明顯，試件破壞。

3 壓型鋼板正常使用狀態(tài)下的有限元分析

3.1 模型建立

選用板單元進(jìn)行模型建立。模型建立后將模型進(jìn)行分割獲取中間節(jié)點(diǎn)，邊界條件為兩邊簡(jiǎn)支，荷載設(shè)計(jì)為壓力荷載。

3.2 有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)

分析運(yùn)行后，跨中最大撓度變化為151mm（見圖8），與試驗(yàn)結(jié)果最大撓度155mm誤差約3%，進(jìn)一步驗(yàn)證了試驗(yàn)在正常使用極限狀態(tài)下受力性能的準(zhǔn)確性。

4 理論計(jì)算

根據(jù)劉永福（1994）提出的計(jì)算方法，采用溫特的有效截面半徑驗(yàn)計(jì)算公式。由荷載-應(yīng)變曲線分析可以將試件截面簡(jiǎn)化，如圖9a所示。

式中，K為板的柔度系數(shù);t為試件厚度;b為試件上翼緣寬度;K為板的屈服系數(shù)，取4.0;fy=261MPa，為試件的屈服強(qiáng)度。受壓翼緣只有81.37mm寬的截面參加工作，如圖9b所示。

②求重心的位置（見圖9c）。

受壓區(qū)全部參加工作。式中，Se1為腹板受壓區(qū)靠上翼緣處有效截面寬度，Se2為腹板受壓區(qū)靠重心線有效截面寬度。

④有效慣性矩和極限承載力計(jì)算（見圖9d）。

試驗(yàn)壓型鋼板極限抗彎承載力為12.75kN·m，試驗(yàn)值和計(jì)算值誤差小于20%，因此可以用該方法計(jì)算該W型壓型鋼板抗彎承載力。

5 結(jié)論

①新型壓型鋼板有足夠的受彎承載力，在部分建筑中可以單獨(dú)作為受力構(gòu)件使用。②在正常使用極限荷載的作用下，試件荷載撓度變形曲線近似直線狀態(tài)，整體性能較佳。③采用溫特的有效截面半徑驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)算該W型壓型鋼板抗彎承載力與試驗(yàn)值誤差在20%以內(nèi)，較為合理。此次試驗(yàn)僅針對(duì)新型壓型鋼板進(jìn)行無側(cè)向約束下的受彎承載力研究，為更好地了解壓型鋼板的受力性能，今后還需要從有側(cè)向約束、鋼板開洞損傷等多方面進(jìn)行研究，豐富壓型鋼板的相關(guān)理論。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】許偉，肖瑞亞，許峰，等.大跨度閉口型壓型鋼板-混凝土組合樓板界面粘結(jié)性能研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017，47（13）：47-50.

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