加固结构钢盖板 【技术领域】
本发明涉及结构钢盖板面板，尤其涉及由型钢构造的结构钢盖板面板，混凝土被倾倒到所述型钢上以形成复合板。
背景技术
当使用在复合钢/混凝土楼板中时，结构钢盖板面板具有双重作用。所述面板通过在混凝土硬化之前支撑建筑材料和施工人员的构架。在钢筋(棒和/或者网)被安置之后，混凝土被倾倒到盖板面板的表面上，一旦混凝土达到充分的耐压强度，盖板面板通过与混凝土相互作用而用作主加固件，并对剩余的建筑寿命也是如此。
结构钢盖板面板从扁钢扎制形成具有均匀横截面的长面板。盖板面板主要通过它们的横截面形状或者轮廓来区分。现今全世界所使用的盖板面板的轮廓是各种各样的，例如梯形盖板，例如Fielders Steel Roofing Pty公司(Fielders’)KF70以及具有“开放肋(open ribs)”的KF225(参考图1)，其与Fielder的KF57(参考图2)的具有“闭合肋(closed ribs)”的盖板相对，但是它们都有一个共同点：薄片的标称厚度围绕轮廓的周长是恒定的。同样，滚压成型机只是设计用于将钢板扎制到一定的最大厚度，典型地是1.2mm，并且通常不超过1.6mm。这显著地限制了具有设定几何形状的盖板的最大弯曲刚度和极限强度。
一些盖板面板制造商在所述面板被滚压成型之后修改它们制造的面板。这样做提供了它们的功能性或者结构性能。
结构性能的重要方面是弯曲刚度和极限强度。弯曲刚度影响垂直偏转的程度，特别是在塑性混凝土的重量的作用下。临界区域地力矩容量(moment capacity)和剪切力容量(shear capacity)影响极限强度。
公知的是通过横过面板的整个基部而将平面钢板连接来形成“分格式桥面(cellular deck)”而修改滚压成型的盖板面板。这样做产生了用于灵敏建筑物设施(sensitive building services)通道的闭合单元，尤其是用于计算机的电缆，这样产生所谓的“带电地板(electrified floors)”。但是，尽管扁平钢板提高了弯曲刚度和极限强度，“分格式桥面”不能提供最优的结构效率。此外，不需要在它们进行布线的应用中，它们不是节省成本的盖板。
本发明的目的是提供一种盖板面板，其就弯曲刚度和极限强度而言具有改良的结构性能并避免至少上述的一些问题。
【发明内容】
广义而言，本发明提供了一种用于支撑塑性混凝土以及在其硬化之后接着加固混凝土的结构钢盖板面板，所述盖板面板包括：
(a)具有顶侧和底侧的细长型钢板；以及
(b)连接到所述钢板的多个细长加固件，以及
(c)其中如此处所述的所述钢板和加固件之间的纵向剪切力连接的强度足够高，能够当盖板面板由于施工荷载以及塑性混凝土而承受顶部加载时阻止加固件和所述钢板之间纵向剪切破坏。
本发明的盖板面板可选地在其中需要弯曲刚度和极限强度更高的结构性能的区域中可选地被加固，尤其是在盖板面板由于施工荷载和塑性混凝土承受顶部加载。本发明的盖板面板的一个如上所述的关键特征是所述钢板和加固件之间的纵向剪切力连接强度足够高，能够当盖板面板承受顶部加载时阻止加固件和所述钢板之间的纵向剪切破坏。这是重要的特征，因为其促进了更高的结构性能，尤其是在盖板面板由于施工荷载以及塑性混凝土承受顶部载荷时。
术语“纵向剪切力连接强度”此处理解的意思是诸如钢板和加固件的连接件之间的连接强度，以阻止响应于通过外加顶部载荷而产生的纵向剪切力的纵向剪切，因此是连接反抗纵向剪切能力的一种度量。
在一些情况下，优选地如此处所述的所述钢板和加固件之间是完全的剪切力连接。
术语“完全的剪切力连接”此处理解为其中盖板面板的垂直截面的力矩容量不受连接件之间的纵向剪切力连接的强度的控制。
在另外的情况下，如此处所述，所述板和加固件之间的部分剪切力连接是足够的。
术语“部分剪切力连接”此处理解为其中盖板面板的横截面的力矩容量受连接的纵向剪切力连接的强度所控制。
优选地，所述钢板和加固件之间的剪切力连接至少是完全剪切力连接的30％。
优选地，所述钢板和加固件之间的剪切力连接至少是完全剪切力连接的40％。
优选地，如此处所述，所述钢板和加固件之间存在完全的互相作用。
术语“完全互相作用”此处理解为其中沿着连接件，即所述钢板和加固件之间的界面没有显著的纵向滑动，这样连接件可以认为是当确定弯曲刚度和计算垂弯曲时的单一、加固复合部件。
优选地，加固件被连接到所述板的底侧。
优选地，加固件被焊接或者粘结到所述钢板。
优选地，加固件是细长部件。
优选地，细长部件在所述钢板的纵向方向上延伸。
优选地，加固件是棒或者杆或者板的形式。
优选地，型材板包括通过腹板部件互连的顶部和底部扁平凸缘。
本发明的特定的实施例将参考附图进行详细说明。但是所说明的这些实施例只是出于说明而不是限制的目的。
【附图说明】
本发明的优选实施例显示在附图中，其中：
图1和2显示了现有技术的结构钢盖板面板的横截面视图；
图3是根据本发明的第一实施例的结构钢盖板面板的横截面图；
图4是根据本发明的第二实施例的结构钢盖板面板的横截面图；
图5是根据本发明的第三实施例的结构钢盖板面板的横截面图；
图6是根据本发明的第四实施例的结构钢盖板面板的横截面图；
图7是图6的结构钢盖板面板的示意侧视图，具有直接位于加固区域之下的支撑件和示意示出的加固件以说明所述部件的通常的位置(和长度)；
图8是图5的结构钢盖板面板的示意侧视图，加固区域位于支撑件和加固件之间以示意显示所述部件的通常的位置(和长度)；
图9、10和11显示了根据本发明的结构钢盖板面板的另外的实施例的横截面视图；
图12是在用于评估本发明的试验程序过程中所产生的测样样本的外家载荷相对弯曲的视图；以及
图13是在试验程序的过程中所产生的一系列跨距曲线(spanningcurve)。
【具体实施方式】
本发明的第一实施例显示在图3中。
对此实施例，结构盖板面板10包括具有顶侧14和底侧16的滚压成型细长钢板12。盖板面板10是型材并包括顶部凸缘40、底部凸缘42、互连腹板部件44、侧边形成件46，这些部件使得相邻的面板以重叠的方式并排安置。
盖板面板10包括两个离散的细长加固件20，每个被连接到所述面板10的底侧，并在所述钢板12的纵向方向中延伸。加固件20被连接到所述钢板12，这样在通常的操作条件下这些部件之间基本完全互相作用。
使用本发明的此实施例，加固件20是具有圆形横截面的圆柱杆。但是，具有较宽类型的横截面形状的加固件可以被采用以适合特定的制造和设计要求。
使用本发明的此实施例，加固件20被连接到所述钢板12的底侧并安置在通过面板10的顶部凸缘40中肋48所限定的腔中。所述布置使得所述钢板12和加固件20之间实质接触。实质接触有助于加固所述加固件20和所述钢板12之间的剪切力连接的强度。此外，所述布置使得加固件20不能与浇铸到面板10的顶部上的混凝土相接触。这意味着不存在当混凝土硬化之后盖板面板的纵向滑移阻力的减小的可能问题。此外，加固件20不干扰在盖板面板的顶部进行的任何通常施工操作，例如安置加固件并浇铸以及对混凝土进行压实。
在本发明的另外的实施例中(未示出)，加固件20可以连接到所述板12的顶侧14的所选择的区域中。
加固件可以在面板12的整个长度上连续或者可选地可以安置在所选择的区域中的较短的长度之上，以提高经济性和避免与垂直建筑物设施的通道相干涉。
具有加固件20的局部的位置和长度的面板的两个示例被示意显示在图6、7和8中。图6是说明加固件相对面板12的腹板部件的位置的横截面视图。加固件20沿着所述板12的长度部分延伸离开。图7显示了其中图6中面板的加固件20的位置被选择以位于面板用支撑30之上。图8显示了其中图6中面板的加固件20的位置(和长度)被选择以位于面板用支撑件30之间的布置。
加固件20可以由包括钢或者高级合成材料的各种材料制造。
加固件20可以通过包括粘结、焊接、螺纹连接、钉牢和卷边的不同方法来粘结到所述钢板12上。
优选地，加固件20可以焊接到或者粘结到所述钢板12上以产生所需要的连接。
将加固件20连接到钢板12可以在形成型材板12的滚压成型过程之后发生。可选地，板12可以在对所述板滚压成型之前加固(通过连接加固件20)。
如上所示，加固件20和所述板12之间的连接强度在盖板面板承受塑性混凝土的顶部载荷时是非常重要的。使用如上所述的实施例以及本发明的其它的实施例，完全剪切力连接或者部分剪切力连接可以存在于临界横截面上。
术语“临界横截面“此处理解为设计弯曲力矩对设计力矩容量的比值(或者当对剪切设计时，设计剪应力对设计剪切力容量的比值)是最大的横截面。(这是失效将发散的横截面。)
如果临界横截面可能显示相对较低的部分剪应力连接时，纵向剪切破坏可以在框架阶段即在混凝土硬化之前通过调整设计载荷而被避免。假设单独作用的加固件20的力矩容量与加固件20以及所述钢板12的复合部件的力矩容量相比较小时，(这对本发明的优选实施例是这样的，但是对本发明的所有其它的实施例却不一定)，则所需的剪切力连接程度适度较高(大约是30％或者更高)。否则，加固件20将不能对盖板面板10的力矩容量在框架阶段做出显著的贡献。
根据情况，加固件20和所述钢板12之间的连接强度不像在合成阶段(即在混凝土变硬并且复合板被形成之后)那么重要。在此阶段中，通过盖板面板10以及硬化混凝土(每单位长度面板)所引起的机械联锁通常对提供复合板的弯曲刚度和极限强度变成很重要的因素。这样，将加固件20和所述板钢12连接在一起的胶合断开或者这些部件之间的其它形式连接的有效性的丧失将不是一个有关的问题。
加固件20可以以任何的组合连接到盖板面板的顶侧14和底侧16的所选择的区域。加固件20将通常保持离开一旦混凝土固化即具有公知、较高水平的机械阻力的顶侧14上的区域(例如，具有压入其中的凸起的腹板)。重要的是，加固件20和所述钢板12之间的纵向剪切力连接必须能够使得在框架阶段避免纵向剪切破坏。
加固件20可以安置在围绕钢板12的各种离散的位置上。不同位置的示例显示在图4、5和6中。
特别参照图5，加固件20被连接到钢盖板的凸缘40、42以增加围绕主要纵向轴的区域的第二力矩，并由此增加盖板面板对垂直载荷的弯曲刚度。
临界区域的力矩容量也可以通过改变导致盖板凸缘和/或者腹板的早期局部弯曲的纵向压缩弯曲应力的分布而增加——例如参看图4，这是此截面处于正弯曲的情况。
围绕主水平轴的非对称型材可以被加固以提高凸缘的压缩和张力容量之间的平衡。此情况的一个示例显示在图3中，从其中可以看出加固更窄的顶部凸缘增加了顶部和更宽的底部凸缘40、42的横截面凸缘之间平衡。
加固腹板部件44也可以提高剪切力(和弯曲)容量——参照图6，这尤其是在内部支撑区域中是非常有用的。
更宽种类的型材形状和加固件20可以被使用以达到特定的设计要求。示例显示在图9、10和11中。
根据本发明的结构钢盖板面板提供了一些或者所有的下述优点。
●通过安置加固件的更有效的结构设计，这是其最好的效果。这克服了扎制钢板的一个基本问题——所述板的通常的厚度围绕型材周长是恒定的。
●更长的盖板跨距或者更厚的板或者梁或者更大的施工荷载。这增加了其中最大板厚的特殊盖板可以被实际使用的应用的范围。
●通过将它们与更便宜的诸如热轧加固棒或者板相组合而提高滚压成型钢板的经济性。
为了防止混凝土接触加固件20，部件可以容纳在扎制到较钢盖板中的较小的附加肋或者纵向加强杆中(例如参看图3和9)。附加纵向肋和加固件可以具有相同的形状以协助它们的连接(例如参看图9)。
本发明的特征是合适的结构钢盖板面板可以具有或者不具有附加加固件而使用。这通过允许需要时而使用附加加固件而增加经济性。图10、11中所显示的加固闭合肋盖板面板的实施例显示了这一点。
申请人进行了试验程序来评估本发明的性能。程序的结果显示在图12和13中。
试验程序在图3(和图12)中所示的盖板面板的实施例上执行。所测试的面板包括1.2mm厚钢板12和实心20mm矩形钢筋作为加固件20。面板的性能与非加固面板的关系进行了评估。特别地，所测试的试验程序面板具有与其相同的轮廓但是没有加固件。一个测试面板包括1.2mm厚钢板，另外一个测试面板包括一个1.0mm厚的钢板。这些面板的轮廓显示在图12中。
面板被简单支撑以在所述支撑件之间形成4.2m跨距。面板承受模拟的面板均匀加载载荷，面板的中间跨距挠度和其它属性被监测。
图12是对3个面板的外加载荷对中间宽度挠度的图形。图12也对各面板绘出了理论载荷/挠度，在本发明的盖板面板的情况下，假设所述板12和加固件20之间完全相互作用。从图12中显然可见加固件20对面板的弯曲刚度和力矩容量以及钢板12和加固件20之间的连接具有显著的影响，所述连接在弯曲增加时非常有效地阻止纵向剪切。
图13是根据本发明的盖板面板用的一系列跨距曲线。所述跨距曲线通过所测量和计算的力矩容量的数据、垂直剪切力容量、来自挠曲的弯曲刚度以及如上所述的相似的试验而归入到跨距曲线模型中。跨距曲线显示了根据本发明的相同的盖板可以用于在复合板的构造的形成阶段的过程中支撑塑性混凝土以及施工荷载，因为通过加固件20和将部件连接到钢板的形式而实现了弯曲刚度和力矩容量的增高。图中的标记“X”只基于其强度只用于1.2mm的盖板面板，这是如果面板的弯曲在塑性混凝土的重量的作用下忽略时未加固的板的绝对最大性能所能实现的值。数字130等指示混凝土的最大堵塞弯曲时面板被130所除的长度等。从图13中显然可见，根据本发明的盖板面板的性能通过增加加固件20实现了巨大的提高，并且在构造的过程中可能实现更长的跨距。
尽管对本发明的一些实施例进行了展示和说明，本领域技术人员将会理解在不偏离本发明的原理和实质的情况下，可对这些实施例进行改变，其范围也落入本发明的权利要求及其等同物所限定的范围内。