張　軼

(棗莊學院 城市與建筑工程學院，山東 棗莊 277160)

基于性能設(shè)計的疊合板剛度試驗研究

張軼

(棗莊學院 城市與建筑工程學院，山東 棗莊 277160)

摘要:通過對基于性能設(shè)計的疊合板和傳統(tǒng)疊合板的靜力進行對比試驗，研究了基于性能設(shè)計的疊合板的剛度。試驗表明，該類疊合板的剛度大于傳統(tǒng)疊合板，多功能限位器的設(shè)置加強了疊合板的整體受力性能，提高了其剛度，并驗證了拼縫構(gòu)造措施的合理性。

關(guān)鍵詞：性能設(shè)計；剛度；撓度；多功能限位器

中圖分類號：TU375.2

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：2095-4824(2015)03-0060-03

收稿日期：2015-03-17

作者簡介：張軼(1985-)，男，山東棗莊人，棗莊學院城市與建筑工程學院實驗師，工學碩士。

疊合板是預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土相結(jié)合的一種較好結(jié)構(gòu)形式。本文研究的基于性能設(shè)計的疊合板是在傳統(tǒng)疊合板的基礎(chǔ)上進行改進[1]，是一種帶多功能限位器的預(yù)制疊合底板，其中多功能限位器是由一塊矩形鋼板軋制而成，共包括連接體、U型凹槽、上表面和下表面四個部分，即中間U型凹槽的位置為擱置鋼筋區(qū)域，而墻板厚度的精確控制是通過多功能限位器上下表面的距離來實現(xiàn)。而傳統(tǒng)墻體拉結(jié)筋和馬蹬鐵的功能則被中間連接體取代，這樣無論是預(yù)制構(gòu)件還是現(xiàn)澆構(gòu)件，鋼筋的位置和保護層都能精確控制，同時多功能限位器還加強了上下層鋼筋的連接，提高了墻板的整體剛度和疊合構(gòu)件疊合面的抗剪強度。本文將基于性能設(shè)計的疊合板與傳統(tǒng)疊合板進行對比試驗。

1　試驗板的設(shè)計與制作

用于本次試驗的兩塊試件板的板高均為130 mm，板寬均為880 mm，跨度均為3 880 mm，其中DB-1為內(nèi)部未設(shè)置多功能限位器及無拼縫的傳統(tǒng)疊合板，而DB-3為有拼縫且在拼縫處兩側(cè)對稱設(shè)置多功能限位器的疊合板，即基于性能設(shè)計的疊合板，并且在拼縫處的構(gòu)造鋼筋與加設(shè)的多功能限位器之間形成空間桁架，加強了受力性能及拼縫處的剛度。預(yù)制底板混凝土和后澆層混凝土都采用強度等級為C30的混凝土，受力主筋為6根直徑為12 mm的二級鋼，構(gòu)造筋為直徑為5 mm的一級鋼，混凝土保護層厚度均為15 mm[2]，兩試件配筋、拼縫構(gòu)造措施、多功能限位器及施工圖如圖1所示。

2　疊合板試驗

2.1　加載方法和量測方法

由于寬度為880 mm的兩塊試件板的尺寸較大，因此在布置截面撓度測點時，應(yīng)采取將測點對稱布置在沿板寬的兩側(cè)，即截面的撓度值為對稱兩側(cè)點實測撓度的平均值。其中該試件板的最大撓度值fmax應(yīng)取自對稱布置在跨中截面處兩側(cè)點的實測撓度的平均值，并且通過在試件板的兩L/4處再布置兩個對稱測點，從而得到整個試件板的撓度曲線。最后，為了測量支座處可能出現(xiàn)的發(fā)生沉降，分別在兩支座處布置一個測點，用來測定支座處出現(xiàn)的沉降值。

本文靜力對比試驗采用正位加載試驗[3]。在試驗時，試件板一端底部設(shè)置不動鉸支座支撐，另一端底部設(shè)置滾動鉸支座支撐。加載方法采用兩個集中荷載來等效均布荷載，即等效荷載法，即在跨度三分點位置設(shè)置兩個相等的集中荷載來完成新型疊合板的加載試驗。圖2為各測點布置及編號、試驗加載模型及試驗裝置。

圖1　試件詳圖

圖2　試驗加載模型及實驗裝置

2.2　試驗現(xiàn)象

圖3和圖4給出了兩試件板的實測荷載—跨中撓度曲線。從兩試件板的實測荷載—撓度曲線中可以看出，兩試件板在混凝土開裂前荷載與撓度近似成線性比例，表明兩試件板均處于近似彈性工作階段，并且此時兩塊尚未開裂的試件板的剛度都較大，撓度值都較小。再者比較一下兩塊試件板的荷載—撓度曲線和荷載—撓度曲線斜率，從中可以看出兩實測荷載—撓度曲線非常相似，兩荷載-撓度曲線斜率都較小，并且在圖中均有一處顯著的轉(zhuǎn)折出現(xiàn)在開裂荷載值處。由于兩塊試件板在混凝土開裂后的剛度降低，并隨著荷載的繼續(xù)增加，導(dǎo)致?lián)隙戎翟黾铀俣燃涌欤奢d—撓度曲線也變得較為平緩[4]。當荷載值達到實測極限荷載值時，兩試件板的剛度急劇下降，各測點撓度值和裂縫寬度也急劇增加，這是因為此時兩試件板中的受拉鋼筋已經(jīng)屈服。最終跨中撓度值達到接近L/50，并且最大裂縫寬度超過了1.5 mm的試件DB-1宣告破壞，而試件DB-3宣告破也因為在拼縫處兩側(cè)附近出現(xiàn)了超過1.5 mm的最大裂縫寬度。在兩塊試件板均宣告破壞后，將兩試件板的荷載卸載至零，兩試件板的撓度及裂縫寬度均出現(xiàn)一定程度的回復(fù)現(xiàn)象，但依然存在較大的變形殘余值。

圖3　試件DB-1的荷載-跨中撓度曲線

在荷載從零加載到38 KN時，從圖中可以看出兩試件板的撓度曲線十分接近，并且都較為豐滿，繼續(xù)加載到42 KN時，試件DB-1的撓度增加較快，但試件DB-3的撓度比較接近，并且發(fā)展緩慢，當加載到44.1 KN時，試件DB-1的跨中撓度值接近L/50，且最大裂縫寬度達到1.8 mm，宣告試件破壞。而當荷載加到52.6 KN時試件DB-3宣告破壞，拼縫處兩側(cè)附近出現(xiàn)1.6 mm的最大裂縫寬度。

圖4　試件DB-3的荷載-跨中撓度曲線

3　試驗結(jié)果分析

分析兩試件板的跨中撓度值可以看出，兩跨中撓度在荷載從零加載到38 KN時比較接近，但試件DB-1的跨中撓度值在荷載加到42 KN時急劇增加，而此時試件DB-3卻呈現(xiàn)跨中撓度值發(fā)展緩慢現(xiàn)象。由此可以得出：試件DB-3的撓度值較小是因為多功能限位器提高了拼縫處的剛度，增強了構(gòu)件的整體性，使原本薄弱處變成較強處，表明拼縫處的構(gòu)造措施是合理有效的。當兩試件板在最后宣告破壞時，都是因為在加載到實測極限荷載值時鋼筋早已屈服，此時跨中撓度值都急劇增加，最大裂縫寬度都超過了1.5 mm，從而宣告破壞，但兩試件板在荷載卸載至零后均出現(xiàn)一定程度的回復(fù)，說明兩試件板在整個加載破壞過程中均表現(xiàn)為典型的延性破壞[5]。

表1　試驗試件的撓曲形狀(撓度比a′/a )

表1為在42 KN荷載時，在接近破壞1/4跨度處撓度值與跨中撓度值的比值(a′/a)。當比值為0.5時，撓度曲線為二折線狀態(tài)。若比值較大，撓度曲線顯示較為豐滿，說明比值(a′/a)的大小表示試件撓度曲線的形狀。表1結(jié)果表明，基于性能設(shè)計的疊合板剛度優(yōu)于傳統(tǒng)疊合板，說明拼縫處的構(gòu)造措施是合理有效的。

4　結(jié)論

(1)在試驗過程中，基于性能設(shè)計的疊合板的較大裂縫出現(xiàn)在拼縫處兩側(cè)附近，這是由于拼縫處鋼筋空間桁架大大提高了拼縫的整體性，而相應(yīng)的預(yù)制板邊成為薄弱處，因此較大裂縫均集中在拼縫處兩側(cè)。

(2)試驗結(jié)果驗證了基于性能設(shè)計的疊合板的剛度比傳統(tǒng)疊合板有較大提高，且增強式拼縫能實現(xiàn)了拼縫處無縫連接，具有施工方便、節(jié)省模板、縮短工期、提高施工質(zhì)量等方面的優(yōu)勢，在實際工程中可以大力推廣應(yīng)用。

[參考文獻]

[1]周旺華. 現(xiàn)代混凝土疊合結(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.

[2]GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[3]GB50152-2012.混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[4]聶建國,陳必磊,陳戈，等.鋼筋混凝土疊合板的試驗研究[J].工業(yè)建筑,2003,33(12):43-46.

[5]孫世泉.混凝土疊合構(gòu)件界面抗剪性能研究[D].重慶:重慶交通大學，2007.

(責任編輯：張凱兵)