组合结构楼板中钢梁与混凝土板的界面滑移对承载力的影响研究

一、引言

组合结构楼板凭借其自重轻、强度高、施工便捷等优势，在现代建筑工程中得到广泛应用。该结构由钢梁与混凝土板通过连接件组合而成，二者协同工作，充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能 。然而，在实际受力过程中，钢梁与混凝土板之间不可避免地会产生界面滑移现象。界面滑移会改变组合结构楼板的受力性能，影响其承载力和变形特性。若对界面滑移问题缺乏深入研究和有效控制，可能导致组合结构楼板出现承载能力不足、结构破坏等安全隐患 。因此，开展钢梁与混凝土板界面滑移对承载力影响的研究，对提高组合结构楼板的设计水平和工程应用安全性具有重要意义。

二、组合结构楼板中钢梁与混凝土板界面滑移产生的原因

2.1 材料性能差异

钢梁与混凝土板的材料力学性能存在显著差异。钢材的弹性模量远高于混凝土，在相同荷载作用下，钢梁的变形量小于混凝土板 。当组合结构楼板承受荷载时，由于二者变形不协调，会在界面处产生相对滑移趋势。此外，混凝土在受力过程中会发生徐变和收缩，随着时间推移，进一步加剧了钢梁与混凝土板之间的相对滑移 。

2.2 连接件的影响

连接件是保证钢梁与混凝土板协同工作的关键部件。若连接件的数量不足、布置不合理或连接强度不够，无法有效传递钢梁与混凝土板之间的剪力，就会导致界面滑移增大 。例如，栓钉作为常用的连接件，若其长度、直径选择不当，或焊接质量不达标，会降低连接件的抗剪承载力，使钢梁与混凝土板之间难以实现良好的协同变形 。

2.3 荷载作用特点

组合结构楼板在不同类型荷载作用下，界面滑移的表现有所不同。在短期荷载作用下，界面滑移主要由材料的弹性变形差异引起；而在长期荷载作用下，混凝土的徐变和收缩以及连接件的松弛等因素，会使界面滑移不断发展 。此外，反复荷载作用会导致连接件与混凝土之间的粘结性能下降，进一步加剧界面滑移现象 。

三、界面滑移对组合结构楼板承载力的影响分析

3.1 对正截面承载力的影响

界面滑移会削弱钢梁与混凝土板之间的协同工作能力，导致组合结构楼板在受弯时，不能充分发挥钢材和混凝土的材料性能 。当界面滑移较小时，组合结构楼板可近似按完全组合截面计算正截面承载力；但随着界面滑移增大，混凝土板与钢梁之间的应变协调关系被破坏，混凝土板参与受弯的程度降低，组合结构楼板的正截面承载力随之下降 。研究表明，在极限状态下，过大的界面滑移会使组合结构楼板的正截面承载力降低 10% -20% 。

3.2 对斜截面承载力的影响

界面滑移会改变组合结构楼板斜截面的受力状态。由于界面滑移的存在，钢梁与混凝土板之间的剪力传递效率降低，导致混凝土板内的剪应力分布发生变化 。在斜截面受剪时，界面滑移可能引发混凝土板与钢梁之间的相对错动，削弱二者之间的粘结力，使斜裂缝更容易开展，从而降低组合结构楼板的斜截面承载力 。此外，界面滑移还可能影响箍筋对混凝土的约束作用，进一步加剧斜截面破坏的风险 。

3.3 对结构变形的影响

界面滑移会导致组合结构楼板的变形增大。在荷载作用下，由于钢梁与混凝土板之间的相对滑移，组合结构楼板的实际抗弯刚度减小，相同荷载下的挠度值增大 。过大的变形不仅会影响建筑的使用功能，如导致楼面不平、设备安装困难等，还可能引起结构内力重分布，对结构的安全性产生不利影响 。同时，变形的增大会使结构的振动性能发生改变，增加结构

在动力荷载作用下的响应 。

四、减小界面滑移、提升承载力的措施

4.1 优化连接件设计与布置

合理选择连接件的类型、规格和数量是减小界面滑移的关键。在设计中，应根据组合结构楼板的受力特点和荷载大小，选用抗剪性能良好的连接件，如栓钉、槽钢连接件等 。同时，优化连接件的布置方式，确保其均匀分布，使钢梁与混凝土板之间的剪力能够有效传递 。例如，增加连接件的密度，可提高界面的抗剪能力，减小界面滑移 。此外，还可采用新型连接件或复合连接方式，进一步增强钢梁与混凝土板之间的连接性能 。

4.2 改进施工工艺

施工质量对界面滑移和结构承载力有着重要影响。在施工过程中，应严格控制混凝土的浇筑质量，确保混凝土与钢梁之间的粘结良好 。例如，在浇筑混凝土前，对钢梁表面进行清洁和粗糙处理，增加二者之间的摩擦力；控制混凝土的浇筑速度和高度，避免产生离析现象 。同时，保证连接件的安装质量，严格按照设计要求进行焊接或锚固，确保连接件与钢梁、混凝土板之间的连接牢固可靠 。

4.3 考虑时间效应的设计

由于混凝土的徐变和收缩会随时间变化，导致界面滑移不断发展，因此在组合结构楼板设计中，应考虑时间效应的影响 。通过建立考虑徐变和收缩的计算模型，预测不同时间段界面滑移的大小和结构承载力的变化 。在设计阶段，适当增加安全储备，或采取一些补偿措施，如设置预应力、施加反向荷载等，以减小长期荷载作用下界面滑移对结构承载力的不利影响 。

五、试验与数值模拟验证

为验证上述理论分析和提出的措施的有效性，开展相关试验研究和数值模拟分析 。通过设计不同连接件布置、不同荷载工况的组合结构楼板试件，进行加载试验，测量界面滑移量、结构变形和承载力等数据 。同时，利用有限元软件建立组合结构楼板的数值模型，模拟界面滑移对结构受力性能的影响，并与试验结果进行对比分析 。试验和数值模拟结果表明，优化连接件设计、改进施工工艺等措施能够有效减小界面滑移，提高组合结构楼板的承载力和变形性能 ，验证了理论分析的正确性和措施的可行性。

六、结论

组合结构楼板中钢梁与混凝土板的界面滑移对结构承载力有着显著影响。界面滑移的产生受材料性能差异、连接件和荷载作用特点等多种因素影响，会降低组合结构楼板的正截面承载力、斜截面承载力，并增大结构变形 。通过优化连接件设计与布置、改进施工工艺、考虑时间效应的设计等措施，可以有效减小界面滑移，提升组合结构楼板的承载力和整体性能 。在今后的组合结构楼板设计与施工中，应充分重视界面滑移问题，深入研究其影响机制，采取有效的控制措施，确保组合结构楼板的安全可靠与经济合理 。未来，还可进一步开展相关研究，探索更有效的界面连接技术和分析方法，推动组合结构的发展与应用。

参考文献

[1]余倩倩,高斌,徐海斌,等.疲劳后静载下CFRP-钢界面黏结性能研究[J/ OL].土木工程学报,1-17[2025-05-27].https://doi.org/10.15951/j.tmgcxb.24110 915.

[2]李钢,范世磊,张杰,等.钢-钢抱箍的界面力学行为及承载力研究[J].土木工程与管理学报,2024,41(02):31-40+54.

[3]王威,续鉴,李昱,等.带栓钉波形腹板PEC柱界面黏结滑移性能与抗剪 承载力试验研究[J/OL].工程力学,1-13[2025-05-27].http://kns.cnki.net/kcms/d etail/11.2595.O3.20230913.1928.059.html.