钢竹组合板抗弯承载能力的理论分析

钢竹组合板抗弯承载能力的理论分析
韦庆白
中冶华天工程技术有限公司，安徽马鞍山 243000
摘要：本文首先根据等效原则和平截面假设，给出了钢竹组合板等效截面的换算步骤和方法，根据材料力学的理论，建立了钢竹组合板的极限荷载和弯矩的计算方法。在此基础上，研究不同结构形式下钢竹组合板的极限荷载及弯矩，结果表明：在工程中一般板的跨度会达到3m，板厚不小于10mm时才能满足使用要求。
关键词：钢竹组合板；等效原则；极限荷载；

A theory model of BENDING bearing capacity for steel-plybamboo deck
Wei Qingbai
Huatian Engineering＆Technology Corporation of MCC, Maanshan 243000,China
Abstract: In this paper, the method and steps for equivalent cross-section of steel-plybamboo deck is established according to the equivalent principles and plane cross-section assumption. And then according to the material mechanics theory, the calculation methods for ultimate load and moment are given. On this basis, the relationship between and limit load, moment of different structures are studied. The results show that in order to meet use requirements, the thickness should be larger than10 mm as in engineering the span of a general board will reach 3 m.
Keywords: steel-plybamboo deck; equivalent principle; limit load

在建筑中，楼板承受并传递坚向荷载，是建筑主要构件之一，它材料用量大，正确分析设计楼板的抗弯承载能力，将对建筑的使用和技术经济指标具有指导性的意义[l]。目前，楼板主要形式有：钢筋混凝土楼板、压型钢板一混凝土组合楼板、钢骨轻质混凝土新型楼板、木楼板等[2]。如果将钢竹两种材料合理地组合在一起形成组合楼板，并将它用在结构上，不仅丰富了楼板的形式，还可以缓解目前钢材、木材等建筑材料的紧张局势。
压型钢板是人们经常使用的板材类构件，但是本身还存在着大量的问题[3]，所以一直是人们关注的重点，国内外大量学者对此进行了多方面的相关研究。如：陈世鸣[4]研究了压型钢板一混凝上组合楼板的承载能力。君建敏[5]等人通过实验的方法研究了压型钢板一混凝土组合楼板的剪切粘结承载力。
本文首先建立钢竹组合板极限荷载和弯矩的计算方法，在此基础上研究不同结构形式对钢竹组合板极限荷载及弯矩的影响。
1理论分析
钢竹组合板是由压型钢板和竹胶合板通过胶结连接的板材类构件，图1所示为钢一竹组合板横截面示意图。压型钢板为开口型，波高75mm。

图1 组合板截面
我们假设钢竹组合板在承受荷载时，钢板与竹板协同变形，即理论计算时，近似地将竹板与压型钢板看成一个整体进行计算。具体假设如下：
（1）压型钢板和竹胶合板(也可以是其他非金属面板材料)均为理想弹性体，在设计荷载范围内，其应力均处于弹性阶段。
（2）压型钢板与竹板之间结合紧密，平截面受弯后仍保持为平面。
为了推导二种不同材料的组合在外载作用下的变形及应力计算，首先需将此组合的二种材料换算成同一材料，等截面换算按以下原则进行，即：
（1）截面换算前后变形相同。本论文由论文同学网(www.lunwentongxue.com)整理，更多论文，请点论文格式范文查看
（2）截面换算前后截面所受拉压力不变。
等截面换算的具体步骤如下：
图1所示为二种材料的组合截面，上部和下部为竹板，将竹板根据等效原则，换算为等效的“钢”截面，即换算前后板截面所受拉压力不变，则有：
                                                                             （1）
其中，由式（1）进一步得：
                                                                              （2）
令，得：
                                                                               （3）
根据假定，高度不变，只改变面积宽度，所以：
                                                                                （4）
同理，竹板的实际应力为：
                                                                               （5）
其中：为竹胶合板面积；为竹胶合板换算后的等效面积；为竹胶合板应力；为竹胶合板换算后的等效应力；为压型钢板的应力；为压型钢板的弹性模量；为竹胶合板的弹性模量；为压型钢板与竹胶合板相连处的应变；为竹胶合板实际宽度；为竹胶合板换算后的等效宽度。
复合组合模板计算步骤如下：
根据式（3）进行截面换算，式（4）的物理意义是：把非金属面板的宽度b除以钢材与非金属面板材料弹性模量之比，即得换算为钢板后的有效宽度。计算换算截面的几何特征。包括面积、中和性轴位置，惯性矩等。
进一步由经典材料力学理论，得均步载荷作用下的梁的挠度为：
                                                                           （6）
若要计算最大应力时，可按经典材料力学单一材料的有关公式计算组合模板的最大应力。如果需要计算非金属面板材料的应力，则应用式（5）。
2 算例
   本文以图1所示结构为计算对象，相关几何参数如表1所示，竹材的弹性模量为：7098MPa，钢板的弹性模量为：。
表 1 钢竹组合板几何参数
版号规格（mm）竹胶合板板厚（mm）压型钢板厚（mm）组合板板厚（mm）净跨支撑形式
B1  10.0 0.8 94.0 3600 简支
B2  11.0 0.8 98.0 3600 简支
B3  5.2 0.7 86.4 3000 简支
B4  6.2 0.7 88.4 3000 简支
B5  7.6 0.75 91.4 3000 简支
B6  8.9 0.75 93.8 3000 简支