崔亞濤， 沈小璞

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601）

1 引 言

我國現(xiàn)階段施工模式主要是依靠工人現(xiàn)場濕作業(yè)，工人勞動強度大，生產(chǎn)效率提高空間不大，隨著勞動成本的增加，采取縮短建筑建設(shè)周期的方法，會大大節(jié)省成本。同時，現(xiàn)場濕作業(yè)，需要大量的木模板，會對環(huán)境造成破壞，而疊合式剪力墻結(jié)構(gòu)能很大程度上節(jié)省模板的使用。本文主要是針對兩拼疊合式雙向板的實驗研究。兩拼式疊合板（兩塊預(yù)制板拼接而形成的雙向板）是預(yù)制部分和現(xiàn)澆部分在界面結(jié)合，形成整體受力的混凝土疊合式雙向板［1］，具有制作速度快，受氣候條件制約小，節(jié)約勞動力并可提高建筑質(zhì)量。目前我國在工程中所使用的疊合式樓板一般多為單向板，對于疊合式雙向板的受力破壞機理研究，據(jù)文獻資料檢索，目前國內(nèi)外在這方面的研究甚少，還沒有見到相關(guān)報道。本試驗主要針對全現(xiàn)澆雙向板和疊合式雙向板撓度變化規(guī)律，從中發(fā)現(xiàn)兩種類型板在撓度方面的異同點，提出在設(shè)計中應(yīng)完善和注意的一些建議供參考。

2 試驗概況

本次試驗共進行了四塊板均布荷載下的抗壓實驗，普通全現(xiàn)澆雙向板B－1作為對照組，B－2、B－3、B－4為兩拼疊合式雙向板，采用兩塊厚6cm的預(yù)制板拼接后現(xiàn)澆而成，所有板均為足尺板，其尺寸是按實際應(yīng)用需要來確定的［2］。摟據(jù)采集設(shè)備采用YHD－50型位移計，見圖1所示。

圖1 YHD－50型位移計

2．1 尺寸形狀

試驗中所有板的短向與長向比均為0．75，尺寸均為高×寬×厚＝120mm×3300mm×4400mm。B－1為普通混凝土雙向板，短向配筋為φ6＠150，長向配筋為φ6＠250。B－2、B－3、B－4為兩拼疊合式雙向板，由左右兩塊預(yù)制板拼接，其中B－2配筋為短向φ6＠150，長向φ6＠250；B－2、B－3、B－4中預(yù)制板配筋如圖2所示；板在拼縫處配筋按《混凝土設(shè)計規(guī)范》中錨固配筋的要求配置，配筋φ6長500mm的鋼筋，間距125mm。

圖2 B－1、B－2、B－3疊合板配筋示意圖

2．2 材料性能

四塊板所使用混凝土等級均為C30，所使用鋼筋均為HRB400鋼筋，混凝土的抗壓強度和鋼筋抗拉強度見表1和表2所示［3］。

表1 混凝土抗壓強度

表2 鋼筋抗拉強度

2．3 加載制度

試驗板四周簡支于實驗臺座上，試件加載荷載采用重10Kg的鑄鐵塊，撓度數(shù)據(jù)采集采用YHD－50型位移計，見圖1所示，數(shù)量及擺放位置見圖3所示。實驗加載方案為均布分級加載［4］，第一級和第二級每級加載2．02kN／m2，第三和第四級每級加載1．01kN／m2，第五級后每級加載0．66kN／m2，加載至十八級為止。每級荷載加載完成后持荷15分鐘，以利于板的變形充分發(fā)展。

圖3 B－1、B－2、B－3、B－4位移計布置圖（mm）

3 試驗結(jié)果及分析

3．1 開裂荷載

在四塊板的加載過程中，每級持荷結(jié)束后，觀察了板的開裂情況，并確定板的實際開裂荷載qr見表3，并列出了普通雙向板按彈性理論計算的開裂荷載［5－6］。

表3 開裂荷載

3．2 試驗現(xiàn)象分析

全現(xiàn)澆板在四組試驗板中作為對參照，當豎向荷載從第一級（5．02kN／m2）增加到第四級（8．74kN／m2）時，全現(xiàn)澆板基本處于彈性階段，板中各測點位置撓度隨荷載增加而呈線性增加，見圖3；當荷載為9．69kN／m2時，板底開始有裂縫出現(xiàn)；繼續(xù)加載到11．72kN／m2時，板底裂縫開始增多，發(fā)現(xiàn)有平行于板邊和沿對角線方向的裂縫出現(xiàn)，裂縫長度增加，板中點鋼筋應(yīng)變增加較多，此時荷載－撓度曲線基本呈線性；繼續(xù)加載到13kN／m2時，板底開始出現(xiàn)大量裂縫，荷載－撓度曲線出現(xiàn)拐點，不再呈線性變化；荷載繼續(xù)增加到18．4kN／m2時，板中最大撓度已達32mm，裂縫寬度超過1．5mm，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》GB／T50152－2012所規(guī)定［1］，該構(gòu)件已經(jīng)不適合繼續(xù)承載，宣告破壞。

圖4 B－2板底測點撓度曲線圖

兩拼疊合式雙向板的荷載－撓度曲線見圖4、圖5、圖6。當豎向荷載從第一級（5．02kN／m2）增加到第四級（8．74kN／m2）時，疊合板基本處于彈性階段，板中各測點位置撓度隨荷載增加而呈線性增加；當荷載為9．02kN／m2，板底有裂縫出現(xiàn)，此時，荷載－撓度曲線仍大致呈線性；繼續(xù)加載至11．72kN／m2時，板底裂縫開始增多，此時荷載－撓度曲線仍大致呈線性，繼續(xù)加載至13．67 kN／m2時，板底開始出現(xiàn)大量裂縫，荷載－撓度曲線不再呈線性增加，撓度在荷載的作用下開始突變；繼續(xù)加載至18．4kN／m2時，板中最大撓度達到26．3mm，裂縫寬度已達到《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》GB／T50152－2012所規(guī)定破壞的標準［3］；持荷12小時后，撓度達到31mm裂縫繼續(xù)發(fā)展，裂縫寬度增大。

圖5 B－1板底撓度曲線圖

圖6 B－3板底撓度曲線圖

圖7 B－4板底撓度曲線圖

3．3 試驗結(jié)果分析比較

四塊板的板中心點測點3的荷載－撓度曲線（即各板最大撓度）如圖7所示。

圖8 各板測點3的撓度曲線圖

（1）彈性階段（荷載加載從零至出現(xiàn)裂縫前）:在彈性階段普通現(xiàn)澆板（B－1）撓度略小于疊合板（B－2、B－3、B－4），拼縫在一定程度上降低了板的剛度，圖7可以看出，疊合板撓度略大于現(xiàn)澆板。四面簡支平板在均布荷載下的納維爾解可得到以下簡化公式［7］:

其中，q0為均布荷載；a，b為板的長邊和短邊邊長；D為板的撓曲剛度；μ混凝土的泊松比。

當板處于開裂荷載時撓度理論值與實測值對比見表4。

（2）彈塑性階段（出現(xiàn)裂縫至裂縫大量開展）:撓度曲線中，現(xiàn)澆板撓度仍略小于疊合板的撓度；現(xiàn)澆板和疊合板的荷載－撓度曲線發(fā)展趨勢基本一致，這表明疊合板在進入彈塑性階段后具有和普通雙向板一致的變形能力［8］；由裂縫開展情況來看，疊合板和現(xiàn)澆板大量出現(xiàn)裂縫時加載的荷載值差別不大，撓度差別也不大。

（3）塑性階段（板底大量出現(xiàn)裂縫至破壞）:在板底出現(xiàn)大量裂縫后，撓度開始急劇變大，板進入塑性階段［9－12］；全現(xiàn)澆板撓度開始略大于疊合板，全現(xiàn)澆板的剛度退化較大。

表4 各板底開裂時撓度理論值與試驗值的對比

4 結(jié) 論

本文通過對一塊普通現(xiàn)澆雙向板和三塊兩拼疊合式雙向板進行了撓度試驗和分析，可以得到以下結(jié)論:

（1）在板裂縫大量出現(xiàn)之前，全現(xiàn)澆板的剛度略大于疊合板的剛度，兩者在同等荷載下?lián)隙炔顒e很小。

（2）在彈性階段和彈塑性階段全現(xiàn)澆板撓度略小于疊合板，但相差不大。在此階段，拼縫對于疊合板撓度的影響不大，建議在工程中可忽略不計。

（3）由于疊合板中的預(yù)制板在工廠中預(yù)制而成，性能較穩(wěn)定，在進入塑性階段后剛度退化較慢，顯示出了良好的力學性能。

（4）從本次實驗來看，兩拼疊合式雙向板在撓度方面的性能接近于全現(xiàn)澆雙向板。

1 GB 50152－2012混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準［S］．

2 ［美］P．梅泰、祝永年等譯．混凝土的結(jié)構(gòu)、性能與材料［M］，同濟大學出版社，1990．

3 騰智明．鋼筋凝土基本構(gòu)件（第二版）．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996，2．

4 曹光榮．現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙向板撓度的試驗研究．東南大學碩士學位論文20050301．

5 王海濤．預(yù)應(yīng)力鋼－砼連續(xù)疊合梁負彎矩區(qū)砼裂縫控制試驗研究［D］．北京工業(yè)大學碩士學位論文2008－04－01．

6 GB50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

7 汪一駿．混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993．

8 楊耀乾．平板理論［M］．北京:中國鐵道出版社，1984．

9 姜磊．鋼筋混凝土雙向板撓度的實驗研究與實驗控制［D］．西安建筑科技大學博士論文

10 江見鯨，李杰，金偉良．高等混凝土結(jié)構(gòu)理論［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006，4．

11 袁濤．普通鋼筋混凝土雙向板正常使用階段變形計算［D］．哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文．2008，6．

12 丁大鈞．鋼筋混凝土構(gòu)件抗裂度裂縫和剛度［M］．南京:東南大學出版社，1984．