The Flexural Behavior Study of Steel-Concrete Composite Continuous Slab

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钢-混凝土组合板是由底部钢板和上部混凝土构成,通过剪切连接件如焊钉、PBL连接器或其他类型的剪切连接件将钢板和混凝土连接在一起。与普通钢筋混凝土板相比,钢-混凝土组合板具有更高的抗弯刚度、极限承载能力,以及较好的延性性能。
  为了研究钢-混凝土连续组合板的抗弯性能,对6个试件进行静载试验,包括一个简支钢筋混凝土板,两个不同间距栓钉连接的连续组合板和三个不同PBL连接数量的连续组合板;测试了钢板、纵向钢筋和受压区混凝土的应变、组合板的挠度、界面滑移和裂缝分布,以及极限承载力和失效模式。进而基于ABAQUS软件建立了上述6个试件的有限元模型,考虑几何非线性和材料非线性,对连续复合板进行了深入非线性数值分析,数值模拟结果与试验结果吻合良好。进一步地,在试验和有限元分析的基础上,选择混凝土等级、组合板高度、钢板厚度和PBL连接件厚度等进行参数影响分析,进一步分析钢-混凝土连续组合板的抗弯性能。
  得到的主要结论如下:
  (1)在竖向四点弯曲荷载作用下,钢-混凝土连续组合板基本上分三个阶段:线弹性阶段、弹塑性阶段和塑性极限阶段;在达到极限载荷后,在CSS-3和CSP-1试件中,荷载-挠度曲线存在软化下降阶段,而其余的试件则未发生软化下降。
  (2)带有PBL剪切连接件的CSP-1试件具有相对较大的刚度,极限承载能力高于栓钉剪切连接件;此外,试验结果表明,在混凝土板的初始开裂方面,栓钉连接的组合板表现出比PBL连接的组合板更为良好的开裂性能;但总体而言,PBL和焊钉连接件都是组合板的有效剪切连接装置。
  (3)利用ABAQUS软件进行有限元分析,可以准确预测连续组合板的弹性、弹塑性和塑性极限性能;数值模拟结果与试验结果较为吻合;表明底板钢板的存在可以有效地提高组合板的力学性能。
  (4)参数影响分析表明:随着混凝土等级的增加,组合板的承载力增大;随着混凝土板厚度的增加,承载力逐渐趋于稳定;PBL厚度和底部钢板厚度对组合板的抗弯性能具有显著的影响。因此,可以实际工程需要,优化设计组合板的底部钢板厚度和PBL钢板的厚度。
  (5)基于试验和有限元模拟结果,提出了简化的PBL连接和栓钉连接的连续组合板的抗弯承载力计算方法,该方法的结果与CSS-1和CSP-1的试验结果较为一致,误差在可接受的范围;但对其他的试件的预测结果存在较大的误差,主要原因在于不同剪力连接的布置及构造;因此,应该对连续组合板的抗弯简化计算方法进行进一步的研究。
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