混凝土翼板厚度变化及试验研究

对于负弯矩作用下的腹板开洞组合梁，由于开洞造成了钢梁腹板面积的缺失，使刚度和承载力显著下降，此时，洞口区域可以起到抗剪作用的只有混凝土翼板和剩余的部分腹板截面。从理论上说，混凝土翼板越厚，越有利于抗剪，组合梁的承载力也会越高。在混凝土翼板厚度增加后，负弯矩区开洞组合梁的抗剪承载力能有多少提高是本书的研究要点之一。为了准确了解混凝土翼板厚度对负弯矩作用下腹板开洞组合梁抗剪承载力的影响程度，我们对3根板厚不同的组合梁试件进行了分析，试件参数见表4.2，示意图如图4.3、图4.4所示。

图4.3　板厚变化时负弯矩区组合梁试件示意图与截面尺寸

图4.4　板厚变化情况

1）承载力与变形能力

混凝土板厚变化下负弯矩区腹板开洞组合梁试件的荷载-挠度曲线如图4.5所示，对应数值见表4.3。通过分析对比可以得到如下结论：

图4.5　板厚变化下负弯矩区组合梁荷载-挠度曲线

①混凝土板厚相同时（110 mm），开洞组合梁B-1与无洞对比组合梁A-1相比，其刚度和承载力显著下降，极限承载力降低了46%，极限挠度值则降低了48%。

②同试件B-1相比，试件B-2和试件B-3的混凝土板厚度依次增加了15 mm和30 mm，承载力则分别提高了18.5%和32.3%；可见，增加混凝土板厚度可显著提高负弯矩区腹板开洞组合梁的承载力。

③板厚不同的各开洞试件的最大挠度值相差不大（3.2%～9%），并没有随着混凝土板厚的增加而明显增加，可见，通过增加混凝土板厚度，不能有效提高负弯矩区腹板开洞组合梁的变形能力。

表4.3　混凝土板厚变化时负弯矩区组合梁承载力及挠度值对比

2）洞口区域剪力分担(www.xing528.com)

第2章中的试验表明：对于负弯矩作用下的腹板开洞组合梁，洞口区域的剪力主要由洞口上方的混凝土板承担，有限元分析也可以得到相同结果。为了定量分析混凝土板厚度变化对洞口区截面剪力分担的影响，计算得到了洞口区各截面所承担的剪力大小，见表4.4。

表4.4　混凝土板厚变化时负弯矩区洞口截面剪力分担

注：V为截面总剪力；Vc为混凝土板剪力；Vs为洞口上钢梁截面剪力；Vb为洞口下钢梁截面剪力。

表4.4中的结果表明：

①对于负弯矩作用下的无洞组合梁A-1，钢梁承担了截面总剪力的73.9%，混凝土板则承担了截面总剪力的26.1%，可见混凝土板对抗剪的贡献不可忽略。

②对于负弯矩作用下的开洞组合梁来说，洞口区域的剪力主要由混凝土板承担，占到了截面总剪力的83.5%～89.3%，而且随着混凝土板厚度的增加，其承担的剪力比重也在增加，可见混凝土板厚度的增加对抗剪承载力是有利的。目前国内外相关规范[97-99]在组合梁设计时只考虑钢梁腹板的抗剪而忽略混凝土的抗剪作用，不再适用于负弯矩作用下的腹板开洞组合梁。

3）栓钉滑移分布

板厚变化时各负弯矩区组合梁试件滑移沿梁长度方向的分布见表4.5。通过分析可以得到如下结论：

表4.5　混凝土板厚变化时负弯矩区组合梁滑移沿梁长方向的分布

①在荷载作用初期，各试件的栓钉受力均匀，滑移值较小，分布较为平缓，随着荷载的增加，滑移值在洞口区域出现突变，在极限荷载时，滑移最大值出现在洞口左端，说明该区域的栓钉受力较大。

②各试件在无洞区域的滑移分布区别不大，差异主要出现在洞口区域，随着板厚的增加，洞口处滑移分布有增加的趋势，最大滑移值也明显增加，原因是混凝土板在厚度增加后分担了更多的剪力（表4.4），试件承载力明显提高，需要栓钉传递更多的剪力。