王 宏， 張偉林， 沈小璞

（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，合肥 230022）

隨著住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，預(yù)制結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中如雨后春筍。相比疊合板單向布置受力鋼筋，疊合板的雙向受力性能優(yōu)于單向受力。在我國工程應(yīng)用中多采用單向預(yù)應(yīng)力雙向疊合樓板，原因在于預(yù)制雙向板尺寸大，運(yùn)輸不便，往往先預(yù)制條狀預(yù)應(yīng)力單向板，安裝后再進(jìn)行澆注形成雙向板［1］。采用高效預(yù)應(yīng)力雙向疊合板樓蓋可實(shí)現(xiàn)大開間，大跨度，并降低板的厚度及造價(jià)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益［2－4］。預(yù)制單向板在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)中，具有工業(yè)化程度高，質(zhì)量保證，施工方便等特點(diǎn)。但單向板配筋比雙向板大，受力不合理，而預(yù)制雙向板卻因?yàn)槌叽邕^大，運(yùn)輸不便，現(xiàn)場(chǎng)施工工期長，且需要制作模版。本文對(duì)現(xiàn)澆雙向板與預(yù)制疊合式樓板進(jìn)行面荷載靜載試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)對(duì)比分析進(jìn)行驗(yàn)證其雙向板特性。

結(jié)合德國《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》，并提到疊合板雙向板的一種設(shè)計(jì)方法，指出疊合板橫向鋼筋可以布置在預(yù)制件里，也可以布置在現(xiàn)澆層里。對(duì)于布置在現(xiàn)澆層里，需在滿足一定條件下布置垂直于板縫方向的連續(xù)鋼筋［5］。

為了滿足拼合的預(yù)制單向板拼縫處的強(qiáng)度、剛度和對(duì)拼縫處裂縫的控制，在預(yù)制板拼縫處增設(shè)一層抗裂鋼筋，實(shí)現(xiàn)力的傳遞。

1 疊合式樓板的試驗(yàn)分析

1．1 樓板的制做和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)備包括百分表、裂縫寬度測(cè)試儀，靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，臺(tái)式電腦等。

由工廠預(yù)制帶應(yīng)變片的單向疊合板，運(yùn)輸置實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行吊裝拼合。板底由兩塊預(yù)制單向板構(gòu)成，尺寸為3．07m×2．08m×0．06m。在拼縫處鋪設(shè)有HRB400，Φ6的抗裂鋼筋，并布置測(cè)點(diǎn)，如圖1a所示。再現(xiàn)澆6厘米厚的C30混凝土，常溫養(yǎng)護(hù)28天制作而成。對(duì)試驗(yàn)板中間部位的鋼筋進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，如圖1b所示。對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變片的布置，考慮到板的對(duì)稱性，固對(duì)于板的右板區(qū)域，沒有布置大量的點(diǎn)位，而在拼縫處應(yīng)力較大的地方，對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)1、2。

圖1 疊合式樓板鋼筋測(cè)點(diǎn)布置圖

對(duì)板底布置百分表和位移計(jì)，各個(gè)端口通過數(shù)據(jù)線與靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)連接，最終使用電腦對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

采用每塊10．2kg的鐵塊進(jìn)行加載。加載級(jí)數(shù)和荷載數(shù)值如表1所示。其中板自重為3．0kN／m2。試驗(yàn)過程中對(duì)每級(jí)荷載采用15分鐘持荷，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，觀察裂縫。

1．2 疊合式樓板試驗(yàn)結(jié)果和分析

試驗(yàn)所得的抗裂鋼筋荷載－應(yīng)變圖如圖2所示，鋼筋應(yīng)變總體上是隨荷載的增加而增加，無明顯突變。測(cè)點(diǎn)12處于拼縫處正中心，鋼筋應(yīng)變相對(duì)較大，最大值為4．91×10－4με；測(cè)點(diǎn)9、13處于對(duì)稱位置，應(yīng)變隨著荷載的增加成線性上升趨勢(shì)；測(cè)點(diǎn)10、11依次布置于測(cè)點(diǎn)12右邊，應(yīng)變隨著荷載的增加增幅不大。測(cè)點(diǎn)9～13為抗裂鋼筋荷載－應(yīng)變曲線，抗裂鋼筋接近混凝土中性層，所以應(yīng)變變化不大，無明顯突變，鋼筋未達(dá)到屈服階段。

圖3為疊合式樓板左板鋼筋荷載－應(yīng)變曲線圖，由圖可知:鋼筋應(yīng)變?cè)诘谑募?jí)荷載6．69kN／m2前，荷載應(yīng)變曲線基本呈線性，應(yīng)變?cè)龇淮?。?dāng)荷載繼續(xù)增加時(shí)，應(yīng)變?cè)诎逯袦y(cè)點(diǎn)4處有明顯的突變，而應(yīng)變?cè)谄x板中的測(cè)點(diǎn)3、6、7、8處出現(xiàn)明顯增加。隨著荷載的增加，從第十五級(jí)荷載7．03kN／m2到第二十三級(jí)荷載10．67kN／m2，測(cè)點(diǎn)3、4、6、7、8應(yīng)變幾乎保持不變；而在第二十四級(jí)荷載11．17kN／m2時(shí)，測(cè)點(diǎn)3、4、6、7、8進(jìn)一步突變，最大應(yīng)變?yōu)?．779×10－3με。

表1 疊合式樓板加載級(jí)數(shù)和荷載數(shù)值表

圖2 疊合式樓板抗裂鋼筋荷載－應(yīng)變

圖4為疊合式樓板右板鋼筋荷載－應(yīng)變曲線圖，由圖可知:板中測(cè)點(diǎn)2在第十五級(jí)7．03kN／m2時(shí)有明顯突變，而偏離板中的測(cè)點(diǎn)1從第二十級(jí)8．72kN／m2應(yīng)變?cè)龇_始變大，但無明顯突變。

圖3 疊合式樓板左板鋼筋荷載－應(yīng)變

圖4 疊合式樓板右板鋼筋荷載－應(yīng)變

圖5為疊合式樓板對(duì)稱點(diǎn)測(cè)點(diǎn)2，4鋼筋荷載－應(yīng)變曲線圖，由圖可知:在試驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)2，4的應(yīng)變突變點(diǎn)和走向趨勢(shì)基本一致。圖6為疊合式樓板對(duì)稱點(diǎn)測(cè)點(diǎn)1，3鋼筋荷載－應(yīng)變曲線圖，由圖可知:在試驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)1，3的應(yīng)變突變點(diǎn)和走向趨勢(shì)基本一致。由于測(cè)點(diǎn)1，3偏離板中心測(cè)點(diǎn)2，4，固應(yīng)變突變點(diǎn)相對(duì)延后。

圖5 疊合式樓板對(duì)稱測(cè)點(diǎn)2和4鋼筋荷載－應(yīng)變

圖6 疊合式樓板對(duì)稱測(cè)點(diǎn)1和3鋼筋荷載－應(yīng)變

2 現(xiàn)澆樓板的試驗(yàn)分析

2．1 樓板的制做和試驗(yàn)方法

對(duì)上述所做的疊合式樓板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎，布置測(cè)點(diǎn)，澆筑混凝土等制作。在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加大前期加載數(shù)，并增加每個(gè)20kg的沙袋，增加荷載值。

對(duì)試驗(yàn)板中間部位的鋼筋進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，如圖7所示。對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變片的布置，考慮到板的對(duì)稱性，固對(duì)于板的右板區(qū)域，沒有布置大量的點(diǎn)位，而在板中應(yīng)力較大的地方，對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)1、2。

圖7 現(xiàn)澆板鋼筋測(cè)點(diǎn)布置圖

采用每塊10．2kg的鐵塊進(jìn)行加載，鐵塊加載完后采用每袋20kg的沙袋進(jìn)行加載。加載級(jí)數(shù)和荷載數(shù)值如表2所示。其中板自重為3．0kN／m2。試驗(yàn)過程中對(duì)每級(jí)荷載采用15分鐘持荷，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，觀察裂縫。

2．2 現(xiàn)澆板試驗(yàn)結(jié)果和分析

試驗(yàn)所得的板底鋼筋荷載－應(yīng)變?nèi)鐖D8所示，鋼筋應(yīng)變總體上是隨荷載的增加而增加。測(cè)點(diǎn)4處于板中，鋼筋應(yīng)變相對(duì)較大，最大值為4．338×10－3με；測(cè)點(diǎn)3處于測(cè)點(diǎn)4相鄰位置，應(yīng)變突變時(shí)的荷載與測(cè)點(diǎn)4相同，最大應(yīng)變與測(cè)點(diǎn)4基本一致；測(cè)點(diǎn)5、6依次布置于測(cè)點(diǎn)4左邊，應(yīng)變隨著荷載的增加增幅不大，應(yīng)變突變時(shí)的荷載與測(cè)點(diǎn)4相同，但隨著荷載的增加，應(yīng)變上升趨勢(shì)相對(duì)于測(cè)點(diǎn)4有所減少。測(cè)點(diǎn)7遠(yuǎn)離板中測(cè)點(diǎn)，應(yīng)變走勢(shì)相對(duì)平緩，無明顯突變，測(cè)點(diǎn)8雖遠(yuǎn)離板中測(cè)點(diǎn)，但出于裂縫開展的45°角方向，應(yīng)變?cè)诘谄呒?jí)8．04kN／m2就有突變，應(yīng)變成階段性上升趨勢(shì)，應(yīng)變最大值為9．884×10－3με。

表2 現(xiàn)澆板加載級(jí)數(shù)和荷載數(shù)值表

圖9為現(xiàn)澆板右板鋼筋荷載－應(yīng)變圖，由圖可知:測(cè)點(diǎn)1、2的鋼筋應(yīng)變?cè)诘谑患?jí)荷載10．67kN／m2前，荷載應(yīng)變曲線基本呈線性，應(yīng)變?cè)龇淮蟆．?dāng)荷載繼續(xù)增加時(shí)，應(yīng)變有明顯的突變。隨著荷載的增加，測(cè)點(diǎn)1從第十一級(jí)荷載10．67kN／m2到第十五級(jí)荷載13．37kN／m2應(yīng)變繼續(xù)上升，到第十六級(jí)荷載14．05kN／m2突變后，應(yīng)變保持不變，鋼筋應(yīng)變片破壞。測(cè)點(diǎn)2從第十一級(jí)荷載10．67kN／m2到第十三級(jí)荷載12．02kN／m2應(yīng)變快速上升后保持不變，鋼筋應(yīng)變片破壞。

圖10為現(xiàn)澆板對(duì)稱測(cè)點(diǎn)1和3鋼筋荷載－應(yīng)變圖，由圖可知:在試驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)1，3的應(yīng)變突變點(diǎn)和走向趨勢(shì)基本一致。圖11為現(xiàn)澆板對(duì)稱測(cè)點(diǎn)2和4鋼筋荷載－應(yīng)變圖，由圖可知:在試驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)2，4的應(yīng)變突變點(diǎn)和走向趨勢(shì)基本一致。

圖8 現(xiàn)澆板左板鋼筋荷載－應(yīng)變

圖9 現(xiàn)澆板右板鋼筋荷載－應(yīng)變

圖10 現(xiàn)澆板對(duì)稱測(cè)點(diǎn)1和3鋼筋荷載－應(yīng)變

圖11 現(xiàn)澆板對(duì)稱測(cè)點(diǎn)2和4鋼筋荷載－應(yīng)變

圖12 現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)3鋼筋荷載－應(yīng)變

圖13 疊合式樓板測(cè)點(diǎn)3＇鋼筋荷載－應(yīng)變

圖14 現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)6鋼筋荷載－應(yīng)變

圖15 疊合式樓板測(cè)點(diǎn)6＇鋼筋荷載－應(yīng)變

圖16 現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)7鋼筋荷載－應(yīng)變

圖17 疊合式樓板測(cè)點(diǎn)7＇鋼筋荷載－應(yīng)變

圖18 現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)8鋼筋荷載－應(yīng)變

圖19 疊合式樓板測(cè)點(diǎn)8＇鋼筋荷載－應(yīng)變

由圖12－19可知，疊合式樓板鋼筋應(yīng)變變化不大，因?yàn)樵谟诤奢d較小，而對(duì)于現(xiàn)澆樓板的加載試驗(yàn)，進(jìn)一步增加了荷載，應(yīng)變變化進(jìn)一步增大，增幅較大，并有鋼筋屈服的現(xiàn)象。在荷載為14kN／m2前，現(xiàn)澆板與疊合式樓板的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的鋼筋應(yīng)變及其走勢(shì)基本一致，說明現(xiàn)澆板與疊合式樓板的對(duì)比性很強(qiáng)，從鋼筋荷載－應(yīng)變得知，拼合后的疊合式樓板具有與現(xiàn)澆板相似的力學(xué)性能，具有明顯的雙向特性。

圖18中，現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)8鋼筋荷載－應(yīng)變曲線前期是負(fù)值增大的形式，可能是由于應(yīng)變片貼合的位置正好處于鋼筋上表面，鋼筋局部受彎，應(yīng)變片處于受壓的狀態(tài)。隨著荷載的增加，鋼筋整體增長受彎，此時(shí)應(yīng)變片由受壓變?yōu)槭芾?，?fù)值迅速變?yōu)檎担殡S著曲線的突變。

對(duì)于現(xiàn)澆板，鋼筋的突變所需要的荷載相對(duì)于疊合板較小，說明疊合板的工廠預(yù)制，保證了板的質(zhì)量，疊合板實(shí)際開裂荷載比現(xiàn)澆板小，鋼筋比現(xiàn)澆板受力推遲。

縱向比較現(xiàn)澆板與疊合板的鋼筋荷載－應(yīng)變曲線可知，現(xiàn)澆板曲線較為平滑，整體性能較好。而疊合板中曲線相對(duì)有些波動(dòng)上升趨勢(shì)，可能受新舊混凝土粘結(jié)層的影響。曲線中部分?jǐn)?shù)據(jù)有回落的現(xiàn)象，可能受環(huán)境溫度，鋼筋應(yīng)變變滑移，混凝土粘結(jié)層等的影響。但試驗(yàn)曲線的回落或者波動(dòng)都是在試驗(yàn)的允許范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)對(duì)比現(xiàn)澆板與疊合式樓板鋼筋荷載－應(yīng)變曲線，得知疊合式樓板承載能力很高，超出計(jì)算得出的極限荷載，所加載的荷載不夠，最終荷載達(dá)到11．17kN／m2?？沽唁摻顟?yīng)變不明顯，受力較小。

（2）通過進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)澆板使用沙袋進(jìn)行加載，最終荷載達(dá)到15．4kN／m2，鋼筋應(yīng)變具有明顯的突變，應(yīng)變值增幅增大，最終部分鋼筋達(dá)到屈服階段。

（3）對(duì)比同荷載、同測(cè)點(diǎn)位的鋼筋應(yīng)變值及其荷載－應(yīng)變曲線走勢(shì)，在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，現(xiàn)澆板與疊合式樓板的鋼筋應(yīng)變基本一致，說明疊合式樓板具有明顯的雙向特性。

1 周鯤鵬．PK預(yù)應(yīng)力雙向疊合樓板的試驗(yàn)研究與應(yīng)用［D］．長沙:湖南大學(xué)，2006．

2 趙更歧，羅健雄，謝麗麗，等．雙向疊合樓蓋的工程應(yīng)用及造價(jià)分析［J］．工程質(zhì)量，2002（6）:12－13．

3 羅健雄，趙更歧，張雁華．高效預(yù)應(yīng)力雙向疊合樓蓋的特點(diǎn)及工程應(yīng)用［J］．鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（4）:71－73．

4 李謙，趙更歧，羅健雄，等．預(yù)應(yīng)力雙向疊合樓蓋的工程應(yīng)用及造價(jià)分析［J］．鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2002（1）:91－94．

5 樊驊．裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系技術(shù)研究［J］．住宅科技，2010（12）:27－33．