1.1 课题背景及意义
近年来，随着国外轻钢产品和技术的引进以及国内轻钢技术的发展，冷弯薄壁型钢结构体系在国内应用呈现上升的趋势，它是装配式建筑的主要材料之一[3]。冷弯薄壁型钢是钢板或带钢在冷状态下弯曲成的各种截面形状尺寸的成品钢材，是一种经济的截面轻型薄壁钢材。它通过改变截面形状的方法来提高承载能力，能够用相对较少的材料承受较大的荷载。较普通钢材，冷弯薄壁型钢具有质量轻、可塑性好、延性高、安装工期短、跨度大、可批量生产、可重复拆用、运输简便等优点，是一种节能、降耗、符合可持续发展的基本方针的建筑材料。因此，根据冷弯薄壁型钢的特点，将其应用于装配式建筑中，能带来巨大的经济效益。
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1.2 轻钢-秸秆混凝土组合楼板国内外研究现状
轻钢-秸秆混凝土组合楼板的优点是自重轻、保温性能好、节约资源、施工快捷。我们国家很早就开始对组合楼板进行探究与开发，但大多数研究都针对于普通混凝土形成的组合楼板，只有少数人研究了轻骨料混凝土形成的组合楼板。并且对轻钢-秸秆混凝土组合楼板，各方研究并不完善、不够系统，与国外发达国家相比较还有一定的差距.在国外，人们从上世纪 70 年代开始就对植物纤维混凝土进行了研究[7~12]。虽然化学纤维掺入到混凝土中可以大大提高混凝土的强度，但是由于其成本相对较高，而植物纤维来源广泛、价格便宜、具有环保的特点，所以研究植物纤维混凝土具有更大的实际价值。 1980 年，芬兰的一家研究所[13]将一种植物纤维掺入到混凝土中，并且针对不同密度的植物纤维混凝土，分别测试其受力性能，研究表明将木质纤维掺入到混凝土中提高了混凝土的耐久性能。
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第 2 章 轻钢-秸秆混凝土组合楼板试验概况
轻钢-秸秆混凝土组合楼板是预先用配制好的秸秆混凝土，并以冷弯薄壁型钢和钢筋为骨架，制作成能在装配式建筑中用到的楼板。本次试验根据组合楼板钢筋间距的不同共浇筑两块楼板，并对楼板进行受弯试验，研究轻钢-秸秆混凝土组合楼板在竖向荷载作用下的变形性能和破坏过程。
2.1 试验目的、内容及试验步骤
探讨在竖向荷载作用下，轻钢-秸秆混凝土组合楼板的受力特点、变形性能以及其破坏机理。同时将楼板试验荷载-位移曲线与有限元分析结果进行比对，分析其破坏机理及影响其承载力的关键因素，为今后该结构形式的设计提供参考。通过试验，观察组合楼板的破坏过程、破坏形态、开裂荷载、极限荷载、裂缝变化规律，采集冷弯薄壁型钢、光圆钢筋、混凝土的应变值，以及楼板在竖向荷载作用下其变形大小。
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2.2 试件设计
本试验根据工程常见的楼板规格共制作了两组楼板试件，楼板的尺寸为2400mm×720mm，厚度为 100mm，保护层厚度 15mm。板内冷弯薄壁型钢尺寸为 C70×40×20×1.8mm，冷弯薄壁型钢腹板位置带有孔洞，如图 2-1 所示，光圆钢筋直径为 6mm，楼板配筋与形状如图 2-2 所示。根据楼板内钢筋间距的不同将楼板分为 SL1、SL2 两组楼板，如图 2-3、2-4 所示。楼板尺寸、冷弯薄壁型钢型号、钢筋型号、钢筋间距以及布置形式见表 2-1 所示。在实际工程中，组合楼板承受均布荷载，但由于试验条件的限制，本次试验采取三分点集中加载的方式。其中集中荷载的力可转化为均布荷载的力。 本次试验对试件所采用的秸秆混凝土、冷弯薄壁型型钢、钢筋取试验过程中的同批次材料，按照规范要求做成标准试件，然后在力学试验机器上用规范规定的标准试验方法进行测定。秸秆混凝土、冷弯薄壁型钢以及钢筋的材料性能在力学实验室完成。
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第 3 章 轻钢-秸秆混凝土组合楼板试验研究 ...........30
3.1 试验过程及现象....30
3.2 试验结果分析........32
3.3 试验结论........37
3.4 本章小结........38
第 4 章 轻钢-秸秆混凝土组合楼板有限元模拟分析 .......39
4.1 ABAQUS 简介 .......39
4.2 材料的本构关系....39
4.2.1 秸秆混凝土本构关系.........39
4.2.2 冷弯薄壁型钢与钢筋本构关系.........41
4.3 有限元模型的建立........43
4.4 有限元模拟结果与试验结果对比分析........48
4.5 本章小结........50
第 5 章 轻钢-秸秆混凝土组合楼板参数对比分析 ...........51
5.1 组合楼板方案设计........51
5.2 钢筋间距对组合楼板受力及变形性能的影响....53
5.3 楼板厚度对组合楼板受力及变形性能的影响....56
5.4 冷弯薄壁型钢尺寸对组合楼板受力及变形性能的影响....59
5.5 冷弯薄壁型钢开孔率对组合楼板受力及变形性能的影响 ........62
5.6 本章小结........65
第 5 章 轻钢-秸秆混凝土组合楼板参数对比分析
本章在第三章中轻钢-秸秆混凝土组合楼板试验的基础上结合第四章中组合楼板的 ABAQUS 有限元模型，对钢筋间距、组合楼板厚度、冷弯薄壁型钢尺寸、以及冷弯薄壁型钢腹板开孔率等因素建立有限元模型并进行分析，对影响组合楼板的受弯承载力的影响因素进行探讨。通过有限元计算和分析钢筋间距、组合楼板厚度、冷弯薄壁型钢尺寸、以及冷弯薄壁型钢腹板开孔率等因素对楼板抗弯承载力的影响，为轻钢-秸秆混凝土组合楼板优化设计与进一步研究提供参考。
5.1 组合楼板方案设计
楼板所能承受的荷载以及变形性能与其组成部分有很大关系，下面通过第四章建模方法，针对钢筋间距、组合楼板厚度、冷弯薄壁型钢尺寸、以及冷弯薄壁型钢腹板开孔率等因素进行有限元分析。设计方案如表 5-1 所示,对于轻钢-秸秆混凝土组合楼板，屈服荷载和极限荷载是研究楼板受力性能两个重要指标。对于轻钢-秸秆混凝土组合楼板所能承受的极限荷载,从ABAQUS 有限元计算结果就能得出，但屈服荷载却没有显示。可以通过几何作图法或者能量法判定楼板是否进入屈服阶段[41]。 几何作图法：M 为在荷载-挠度曲线上的最大荷载点，OA 与荷载-挠度曲线相切，AM 与直线 OA 相交于点 A，AB 平行于纵坐标并与荷载-挠度曲线于点交于点 B,连接 O、B 两点，作直线 OB 并延长直线 OB 交 AM 于与点 C,过 C点作平行于竖坐标的直线交荷载-挠度曲线于点 Y，则 Y 点为组合楼板的屈服点。Y 点对应的横坐标和竖坐标值即为屈服位移和屈服荷载。如图 5-1 所示。 能量法：M 为在荷载-挠度曲线上的最大荷载点，CM 平行于横坐标，连接O、C 两点，与荷载-挠度曲线相交于点 B，OAB 所围成曲线的面积与 BCM 所围成曲线的面积相等。过点 C 作平行于竖坐标的直线交荷载-挠度曲线于点 Y，则 Y 点为组合楼板的屈服点。Y 点对应的横坐标和竖坐标值即为屈服位移和屈服荷载。
结论
轻钢-秸秆混凝土组合楼板具有自重轻、节能、环保等优势，有利于提高建筑质量、降低成本、实现节能减排和保护环境的目的。本文对两组楼板的受弯承载力进行了试验研究，研究他们的破坏过程以及受力性能，并且通过ABAQUS有限元对不同钢筋间距、不同楼板厚度、不同冷弯薄壁型钢开孔率、不同冷弯薄壁型钢尺寸的楼板进行有限元模拟，得到以下结论：
（1）轻钢-秸秆混凝土组合楼板，充分发挥了轻钢和秸秆的优点，楼板的变形性能和破坏机理类似于传统单向板，可以广泛应用于装配式建筑。
（2）组合楼板中的冷弯薄壁型钢充分发挥了其受力性能，上部翼缘受压、下部翼缘受拉，腹板位置也承受荷载，提高了楼板的承载力。
（3）钢筋间距对轻钢-秸秆混凝土组合楼板的极限承载力影响不是很明显，在楼板受弯过程中主要由冷弯薄壁型钢承受荷载，所以对楼板中钢筋的布置满足相应的构造规范即可，这样能减轻楼板自重、减少组合楼板的含钢量，降低制作成本。
（4）楼板的厚度对轻钢-秸秆混凝土的承载力以及变形影响较大，适当的增加楼板厚度，可提高楼板的极限承载力，但组合楼板厚度越大，其延性却降低了。将楼板板厚度控制在 120mm 为最佳，即能起到提高楼板承载力的效果，同时也保证楼板具有良好的延性。
（5）冷弯薄壁型钢尺寸对楼板的承载力及变形影响较为明显，增加冷弯薄壁型钢翼缘宽度，可提高楼板的极限承载力，但楼板的延性却降低了。将翼缘宽度控制在 40mm 为最佳，即能起到提高楼板承载力的效果，同时也保证楼板具有良好的延性。
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参考文献（略）
