引言
近年来，夹芯随着经济和社会的钢短柱不断发展，城市污染问题日益严重，主体环保已经成为人们及国家关注的受力重点，发展节能环保、又何高强抗震、夹芯低成本、钢短柱且具有产业化体系的主体建筑结构将成为新的潮流。混凝土夹芯板结构是受力一种节能环保、制作便捷、又何强度较高的夹芯三层夹芯复合结构。
这种结构由上下层的钢短柱面板和一个密度较低、保温性能较好的主体芯材组成，面板层之间通过剪力连接件连接。受力土木工程中夹芯板的又何应用已十分广泛，目前已用于厂房、建筑工地、建筑物的夹层以及需要防火的场所，同时目前已有少数的桥面板使用聚氨酯夹芯板系统。
夹芯板在材料的重复使用、流水线施工等方面也具有明显的优势，大幅降低施工场地临时设施费用，是一种不可或缺的新型轻质建筑结构。目前工程上常用的夹芯板，除了混凝土夹芯板，按照不同的分类标准，可以分为以下主要几类：
面层材料的不同。可以分为金属材料和非金属材料，其中非金属材料主要包括普通混凝土以及纤维增强混凝土。面层之间的剪力连接件不同。可以分为钢连接件、FRP连接件，一些情况甚至不需要连接件。
当不需要连接件时通常采用粘贴黏结的方式将芯层与面层固定为整体。剪力连接件布置方式的不同。可以分为离散式连接件、连续式连接件以及分段式连接件。芯层材料不同。芯层材料主要包括聚氨酯、聚苯乙烯、泡沫、岩棉等。
使用功能不同。可以分为屋面使用、楼面使用以及墙面使用。在使用时，作为屋面和楼面使用的夹芯板多为承重的，而作为墙面使用时，多为非承重的。连接件几何形状不同。可以分为板式、桁架式等。
现阶段我国常用的屋顶结构保温措施是在表层结构上铺设保温材料。这种保温措施从整体上来看效果不佳，主要体现在室内冬不暖夏不凉，因此当采取防寒和降温等措施时就会消耗大量能量。而对于本研究依托工程--中建科技科技小楼。
顶层将设计成空中花园，因此，位于顶层夹芯板结构不仅需满足保温措施的要求，而且其承载力也需满足设计规范的要求。超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，具有极超高的抗压强度，拉伸延展性和韧性等。
在承载能力相同的条件下，UHPC结构的重量大约为普通混凝土结构重量的一半，甚至更少。同时，UHPC材料的耐久性具有很大的优势，比如在抗渗透性以及抗碳化性等方面。若将普通混凝土材料换为UHPC材料。
则结构在提升使用寿命，减少后期维修养护成本等方面具有显著优势。不锈钢材料具有较好的保温性能，热胀冷缩效应不明显，这有利于顶层楼板防寒保暖；同时不锈钢材料具有较多的性能优势：
强度高，钢板品质稳定，耐高温氧化，抗火灾，耐腐蚀性能好，比一般的普通钢长久耐用等。基于此，可以看出UHPC和不锈钢均具有其独特的优势。
将UHPC材料作为新型建筑面板材料，不锈钢材料作为剪力连接件，可以充分发挥二者的优势，提高上下层面板的复合作用程度，提高结构的承载能力。
夹芯板结构的国内外研究现状国内研究现状
目前国内对于夹芯板结构已做了深入的研究，主要集中在以下两个方面：夹芯板结构体系的理论研究以及剪力连接件的水平剪切性能的研究。1. 夹芯板结构体系的理论研究：天津大学李砚波等[6~8]通过理论研究。
分析了CS板滑移、滑移应变与连接件水平剪切刚度之间的关系，给出了连接件水平剪切刚度的计算公式和均布荷载下滑移和滑移应变的计算表达式（弹性状态）。同时研究了CS板的抗剪性能，研究表明其抗剪性能主要取决于受压斜插丝的弯曲屈服强度。
谢剑等对夹芯双向板分别进行了理论研究和有限元分析，通过表面夹芯双向板具有较好的抗裂性能，抗弯承载力较高，且这种双向板的最终的裂缝形态与实心双向板相似。哈尔滨工业大学查晓雄、马金权等通过考虑剪切变形的影响。
利用平衡微分方程，推导并简化了均布荷载作用下简支夹芯板的变形与承载力计算公式。哈尔滨工程大学符如旭等根据新型轻质复合屋面夹芯板的结构特点，结合荷载作用方式及边界条件，对新型轻质复合屋面夹芯板的受力情况以及力学性能进行了理论分析。
得出了这种夹芯板的抗弯刚度与抗剪刚度公式。对于夹芯板中剪力连接件的类型以及连接件的水平剪切性能：黄俊奇等对用于预制混凝土夹芯板的玻璃纤维增强聚合物连接件的直剪试验研究，评估建议了用于PCSP的三种类型的GFRP连接件的结构性能。
1.2.2国外研究现状
国外对于夹芯板研究的主要集中在三个方面，分别是夹芯板结构体系的理论的研究、剪力连接件的水平剪切性能的研究以及夹芯板的复合作用程度对承载力的影响。1. 夹芯板结构体系的理论研究：
Fengtao Bai通过考虑上下层面层之间的滑移对混凝土夹芯板进行了理论分析；Kabir等对3D板的受力性能进行了分析。
夹芯板中剪力连接件的类型以及连接件的水平剪切性能研究：J. Daniel Ronald Joseph等针对桁架剪力连接件的混凝土夹芯板进行了全厚度的剪切性能试验研究。
Ali Shams等针对高性能混凝土夹芯板进行了高性能混凝土面板之间的抗拔承载力以及水平剪切强度的研究；Hamid Kazem研究了不同类型FRP作为剪力连接件的耐久性和长期性能等。夹芯板复合作用机制理论研究：Junsuk Kang利用有限元模拟的分析方法。
评估了不同复合作用程度夹芯板的力学性能；An Chen通过不同类型的FRP板剪切连接件，研究分析了复合作用程度对夹芯板刚度和强度的影响。
可见国内外对于夹芯板的研究已经相当丰富，已通过实验和理论推导对其部分受力性能展开了研究。但是对面板为UHPC等新型材料的夹芯板的受力性能研究的较少。
1.3超高性能混凝土（UHPC）概述
1.3.1 UHPC的定义
Larrard和Sedran在1994年首次提出超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)的概念。法国规范[21]将UHPC定义为一种新型复合材料。
通常由水泥、细骨料、硅灰、高效减水剂(HRWR)、钢纤维和水组成具有超高抗压强度、超高弹性模量、较低徐变、蒸养时收缩几乎为零、水灰比低等优点。
1.3.2 UHPC的材料性能
研究表明，相较于高强混凝土（HPC）和普通混凝土（NC），UHPC优势明显，其更加适用于构造复杂，性能要求较高的结构。详其材料力学性能。1.3.3 UHPC的耐久性材料的耐久性与混凝土结构的使用寿命息息相关。
具体体现在材料的抗碳化性能、抗冻性能、抗氯离子渗透性能、自愈性能等。1.抗碳化性能当二氧化碳进入混凝土中时，二氧化碳就会与混凝土中的碱性氧化物发生反应，降低混凝土本身的碱性。
若碳化厚度比混凝土保护层大，且水与空气均存在时，此时混凝土对钢筋几乎没有保护作用，从而钢筋就会锈蚀。从已有的研究表明：对于UHPC的抗碳化性能，法国科学家在连续90天监测下、二氧化碳浓度为100%的环境下测得UHPC碳化深度为0。
东南大学研究表明UHPC在连续加速碳化条件下的碳化深度为0.25mm。由此可见，其抗碳化性能优势明显。2.抗冻性能混凝土的抗冻性能是影响混凝土耐久性的重要因素之一，研究表明对UHPC经历数百次冻融循环试验。
在质量损失方面小于1%，在动弹性模量指标方面，其损失小于5%，表明其具有很好的抗冻性能。3.抗氯离子渗透性能混凝土的抗渗透性能是影响结构耐久性的重要因素，当渗透量过大时，就会破坏钢筋的钝化层从而使得钢筋锈蚀。
影响结构的耐久性。相关研究表明，UHPC氯离子扩散系数很低，仅仅只有10-9cm2/s，说明其抗氯离子渗透性非常好。4.自愈性UHPC材料配比中无粗骨料，只有微小的粉末作为细骨料，同时材料中添加了短小的钢纤维。
其低孔隙度可以防止锈蚀和氧化，并能在损坏时“再生”。其自愈的原理是利用空气中湿度进一步进行水化反应，其强度能够保持其初始强度甚至在极端环境中也能被使用，大大提高了结构的耐久性。
1.3.4现阶段UHPC存在的不足
UHPC材料在性能上虽然具有非常多优点，同时现阶段也展现出非常出色的应用前景。但是UHPC由于其配合比较复杂，影响材料力学性能的因素较多，因此现阶段UHPC仍存在些许不足。
UHPC中的胶凝材料用量很多且后期养护要求高。普通混凝土胶凝材料用量不到UHPC一半，甚至更少；由于UHPC水胶比极低，导致材料水化反应不充分，前期收缩大，UHPC开裂明显。为了解决UHPC早期由收缩引起的开。
则需要对UHPC进行高温养护，其能很好解决UHPC收缩开裂问题，但是会造成现场浇筑困难，施工繁琐，在蒸养过程中会消耗大量能耗，导致UHPC造价明显升高。UHPC轻盈但整体造价较高，大约是普通混凝土价格的10~20倍。
虽然现阶段UHPC还存在养护条件高，价格相对过高等不足，但是采用UHPC材料的结构会更加轻巧，且根据结构特点可以适当减少钢筋的数量。
甚至在某些特殊情形下，可以不布置钢筋。因此从整个寿命周期成本来讲用UHPC代替普通混凝土进行结构设计，还是相对经济合理的。
带钢短柱UHPC夹芯板概述
1.4.1 带钢短柱UHPC夹芯板设计思路及施工流程
鉴于现有的组合楼板以及夹芯板的优点，并受到一次整体浇筑UHPC空心板的启发，提出了一种利用不锈钢短柱代替空心板腹板，分两次浇筑的UHPC夹芯板，这种结构在造价不明显提高的前提下，综合UHPC材料以及不锈钢材料的优点。
提高结构的耐久性和抗火性能。由于夹芯层材料主要的作用是保温隔热等，对结构的力学性能影响不大，因此本次试验各试件在浇筑时未考虑夹芯层，面层之间仅仅考虑不锈钢短柱的作用。
带钢短柱UHPC夹芯板在施工时为了避免一次浇筑时芯层（内模）上浮导致试件浇筑失败的可能。在试验浇筑时，采取两次浇筑的方式。
主要施工流程如下：（1）首先通过钢筋将预先凿过孔的不锈钢管串联成整体并放置在底板模板中，浇筑底板UHPC。（2）待底板UHPC自然养护两天后，拆除底板模板后，将预制好的底板及不锈钢倒置放入模板中。
