双钢板-混凝土组合结构（SC结构）表面带肋钢板的屈曲性能研究

Steel-plate concrete composite structure (SC structure) that consists of wrapped steel plate, connectors and core concrete, provides more advantages in structural performance and construction convenience compared with the traditional reinforced concrete structure. With the steel-plate encased, the crack and impact resistance of the SC structure are significantly improved. However, due to the lack of restraint, buckling is more prone to be found in the steel plate when bearing pressure. In this project, a new type of SC structure with stiffening ribs welded on the inner side of steel plates is developed to improve the out-of-plane stability of the steel plates. Constrained by ribs and studs, the free area of the steel plate is divided into small pieces, therefore a higher order buckling mode that is more difficult to occur will be obtained. Moreover, the inner concrete also contributes unilateral rigid support to the steel plate which confines the out-of-plane deformation and improves the stability of the steel plate even more. To evaluate the buckling behavior of the ribbed steel plate in the SC structure, experimental research and numerical simulation will be performed, from which different loading conditions, various construction details and arrangement of ribs are considered. Base on the further theoretical studies, simplified calculation methods and design recommendations for the ribbed steel plate in the SC structures will be finally proposed.

双钢板-混凝土组合结构（SC结构）由外包钢板、连接件以及内填混凝土组成，较传统钢筋混凝土结构在力学性能和施工性能方面具有诸多优势。然而钢板外包于混凝土，虽然能够有效提高结构的抗裂和抗冲击等性能，但也由于约束不足，受压时容易发生面外失稳现象。本项目提出一种在SC结构的钢板内侧设置加劲肋构造，用以提高钢板的面外稳定性。在加劲肋和栓钉的共同约束下，钢板的自由区域被划分为更小的区格，屈曲模态也变为更难发生的高阶模态，同时内部混凝土进一步限制了钢板的面外变形，从而使钢板的稳定性得到显著提高。本项目拟通过试验研究、数值计算和理论分析的方法揭示SC结构的钢板在加劲肋、栓钉及核心混凝土共同约束下的屈曲行为和内在规律，深入研究不同受力状态、加劲肋构造形式以及布置方法对钢板屈曲性能的影响，最终给出单侧约束下带肋钢板的屈曲应力计算方法和加劲肋的设计建议。

双钢板-混凝土组合结构（DSC结构）由外包钢板、连接件以及内填混凝土组成，较传统钢筋混凝土结构在力学性能和施工性能方面具有诸多优势。然而钢板外包于混凝土，虽然能够有效提高结构的抗裂和抗冲击等性能，但也由于约束不足，容易发生局部面外失稳现象。由于现有DSC结构的连接件通常采用方形阵列排布，钢板屈曲时，会在两排连接件之间形成贯通截面的水平屈曲带，导致钢板内的传力路径中断，进而导致钢板退出工作，令构件的承载力和安全性大幅下降。为此，本项目提出了外包钢板加纵肋的新型钢板-混凝土组合结构形式（SDSC结构），通过沿受压方向布置纵向加劲肋，将外包钢板的自由区域划分为更小的区格，使钢板的屈曲模态变为更难发生的高阶模态。此外，即使钢板发生屈曲，其屈曲行为也将被限制在相邻加劲肋之间内而难以向外扩展，相邻钢板仍可继续传力，大大提高结构的承载力和安全性。针对上述新型带肋SDSC结构，本项目开展了系统的轴压和弯曲试验研究，揭示了钢板在加劲肋、缀板、栓钉及核心混凝土共同约束下的屈曲行为和内在规律，考察了加劲肋布置形式、连接件距厚比和构件受力状态等关键因素对外包钢板屈曲行为的影响，结果表明，对于新型带肋DSC结构，其外包钢板的屈曲应力大幅提高，特别是当加劲肋按一倍栓钉间距布置时，提升效果最为明显。此外，在加劲肋的约束下，钢板的屈曲范围和屈曲变形都得到了有效抑制，令钢板屈曲后仍可维持一定的承载能力，材料性能得以发挥。经测算，设计承载力相同时，采用新型带肋DSC结构较普通DSC结构更为经济。基于试验结果，本项目建立了适用于带肋DSC结构外包钢板的屈曲分析理论模型，推导了钢板临界屈曲应力的计算公式；同时，基于有限宽度理论，给出了可考虑钢板屈曲后强度的极限承载力计算方法。经验证，理论公式的计算结果与实测值吻合良好,说明本项目所提出的设计方法对于此类新型组合结构具有一定的适用性。