新型压型钢板受弯承载力试验研究

王明 鹿文豪

【摘  要】为研究新型压型钢板的受弯承载力性能，论文以静力加载方式对新型压型钢板进行试验。结果表明：新型压型钢板在正常使用极限状态下仍处于弹性阶段，承载力满足要求。通过Midas GEN软件进行有限元分析，进一步验证新型压型钢板的受弯承载力可以满足正常使用条件。同时，参照有关压型钢板承载力计算方法，对该新型压型钢板进行抗弯承载力计算，该方法计算结果与试验结果较为接近，可以作为该楼板承载力计算公式。

【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.

【关键词】压型钢板;受弯承载力;有限元分析

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

【中图分类号】TU392.4                                             【文獻标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）12-0182-03

1 引言

随着现代社会的进步，我国经济迅猛发展，人们开始不满足于现有的生活状况，对物质文化和精神文化生活有了更高的追求，希望获得更舒适的生活环境，这不断刺激建筑行业的进步，促进建筑行业的蓬勃发展。现如今，为了更合理、更经济地使用建筑空间，建筑结构的跨度不断增加，而传统的结构已经无法满足这些要求，压型钢板凭借自身良好的性能，在建筑领域的使用愈发广泛，人们对压型钢板的有关探究不断深入。武胜等（2018）在国内外深入研究其现状的基础上，对开孔冷弯薄壁型钢构件的承载力进行了有限元分析，分析结果显示冷弯薄壁型钢在受压条件下的相关曲线饱满，表明冷弯薄壁型钢适合承受压弯荷载作用。谢飞等（2019）在滑移的影响作用下，对压型钢板-轻骨料混凝土组合板在不同因素的影响下，研究其受弯承载力。许伟等（2017）以静力加载的方式，对2块压型钢板-混凝土组合楼板进行试验，在对楼板的破坏过程、破坏形态分析的基础上，探讨了楼板的滑移发展规律。

从上述内容可以发现，目前对于压型钢板的相关研究主要针对组合楼板，对压型钢板单独受力的性能的研究少之又少。因此，针对压型钢板单板受力的研究可以更好地丰富压型钢板研究体系，并且为压型钢板的进一步发展提供支持。

2 试验过程及结果分析

2.1 试件尺寸

压型钢板试件长度为3000mm，高度为88mm，厚度为2mm。压型钢板的截面形式如图1所示。

2.2 加载方案

楼板在施工阶段和正常使用过程中，承受的是均布荷载，这在试验过程中是难以模拟的，因此，在加载过程中采用两点集中加载，千斤顶与试件之间通过分配梁传递荷载。压型钢板两端简支，支撑点与试件端部相距100mm。具体加载示意图如图2所示。试验采用分级加载方式，进行单调静力加载试验。具体加载流程如下：

①预加载：开始加载前，先预加载第一级荷载，静置3min然后卸载至0，重复2次，检验各仪器与应变片是否正常工作，检查无误后再开始正式加载。②正式加载：前7级每级加载4kN，之后每级加载2kN，具体加载曲线如图3所示。③数据采集：每级荷载加载完成后静置3min，待荷载和应变读数稳定后，观察压型钢板试件变化，同时记录荷载加载值以及对应的应变值和挠度值。④终止加载条件：压型钢板试件破坏。

注意事项：加载卸载过程中，注意观察试件现象，如有特殊情况出现，立即暂停加载，记录加载数据、变形数据、试件表现，并在出现特殊表现的位置做好标记。

2.3 试验测点布置

试验测量挠度和应变2种数据，分别通过位移传感器和电阻应变片测量，以静态数据采集仪进行数据采集。

为观测新型压型钢板挠度变化，在试件跨中和四分之一跨处放置位移传感器，采集压型钢板的挠度变化，位移传感器采用磁性表座固定。具体布置如图4所示。

为获取新型压型钢板应变数据，在压型钢板跨中上翼缘、下翼缘和1/4跨处上翼缘、下翼缘放置电阻应变片。具体布置如图5所示。

2.4 试验结果分析

荷载挠度关系曲线关系如图6所示，从图中曲线可以看出，当加载至20kN时，新型压型钢板试件跨中最大挠度为155mm，达到正常使用极限状态的L/200限值，此时跨中和1/4跨处荷载挠度曲线都近似直线，表明压型钢板此时具有足够的受弯承载力。当加载至28kN时，跨中挠度增加速度加快，此时压型钢板有轻微声响。在之后加载过程中，声响逐渐增大，在加载至34kN时，试件破坏。此时1/4跨处荷载挠度仍处于线性状态，说明试件破坏是因为跨中承载力不足导致。

2.5 试验结果及结果分析

荷载应变关系曲线关系如图7所示，从图中曲线可以看出，在加载至正常使用极限荷载过程中，同一截面处上翼缘和下翼缘应变大小相近，且荷载应变之间呈线性关系，表明压型钢板仍处于弹性变化阶段。当荷载加载至30kN时，跨中上、下翼缘应变变化迅速，在加载至34kN时上、下翼缘应变突变明显，试件破坏。

3 压型钢板正常使用状态下的有限元分析

3.1 模型建立

选用板单元进行模型建立。模型建立后将模型进行分割获取中间节点，边界条件为两边简支，荷载设计为压力荷载。

3.2 有限元分析结果与试验结果比对

分析运行后，跨中最大挠度变化为151mm（见图8），与试验结果最大挠度155mm误差约3%，进一步验证了试验在正常使用极限状态下受力性能的准确性。

4 理论计算

根据刘永福（1994）提出的计算方法，采用温特的有效截面半径验计算公式。由荷载-应变曲线分析可以将试件截面简化，如图9a所示。

式中，K为板的柔度系数;t为试件厚度;b为试件上翼缘宽度;K为板的屈服系数，取4.0;fy=261MPa，为试件的屈服强度。受压翼缘只有81.37mm宽的截面参加工作，如图9b所示。

②求重心的位置（见图9c）。

受压区全部参加工作。式中，Se1为腹板受压区靠上翼缘处有效截面宽度，Se2为腹板受压区靠重心线有效截面宽度。

④有效惯性矩和极限承载力计算（见图9d）。

试验压型钢板极限抗弯承载力为12.75kN·m，试验值和计算值误差小于20%，因此可以用该方法计算该W型压型钢板抗弯承载力。

5 结论

①新型压型钢板有足够的受弯承载力，在部分建筑中可以单独作为受力构件使用。②在正常使用极限荷载的作用下，试件荷载挠度变形曲线近似直线状态，整体性能较佳。③采用温特的有效截面半径验计算公式计算该W型压型钢板抗弯承载力与试验值误差在20%以内，较为合理。此次试验仅针对新型压型钢板进行无侧向约束下的受弯承载力研究，为更好地了解压型钢板的受力性能，今后还需要从有侧向约束、钢板开洞损伤等多方面进行研究，丰富压型钢板的相关理论。

【参考文献】

【1】武胜，兴大鹏.冷弯薄壁型钢构件开孔稳定性研究[J].山西建筑，2018，44（35）：34-35.

【2】谢飞，郑晓燕，张文华，等.考虑滑移的压型钢板-轻骨料混凝土组合板抗弯性能研究[J].鋼结构，2019，3（34）：45-49+85.

【3】许伟，肖瑞亚，许峰，等.大跨度闭口型压型钢板-混凝土组合楼板界面粘结性能研究[J].建筑结构，2017，47（13）：47-50.

【4】GB/T 228.1—2010.金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法[S].

【5】刘永福.无加劲肋压型钢板抗弯承载力的计算[J].南京建筑工程学院学报，1994（04）：38-46.