王金波 劉利先,2 趙振 郭召旭 李坤

(1.昆明理工大學建筑工程學院 昆明 650500； 2.云南云智工程檢測鑒定有限公司 昆明 650000；3.云南工程建設(shè)總承包股份有限公司 昆明 650011)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活觀念也發(fā)生了改變，在對住宅建設(shè)速度提出更高要求的同時，更注重在住宅建設(shè)的過程中實現(xiàn)綠色環(huán)保的目標，在這樣的背景下，鋼結(jié)構(gòu)住宅迎來了巨大的發(fā)展機遇[1]。鋼結(jié)構(gòu)住宅實現(xiàn)了住宅設(shè)計和生產(chǎn)標準化，現(xiàn)場施工便捷，是可以循壞使用的綠色建筑，契合建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向[2]。

鋼筋桁架樓承板是近年來逐漸得到推廣和應(yīng)用的新型鋼結(jié)構(gòu)建筑樓板形式，樓板中的上下層鋼筋在工廠加工成空間桁架的形式，再將底部鍍鋅板與鋼筋桁架焊接在一起形成鋼筋桁架樓承板體系，這種新型樓板具有施工快速、現(xiàn)場鋼筋綁扎量少、混凝土保護層厚度一致等優(yōu)點[3]。目前，國內(nèi)對現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板各受力構(gòu)件在混凝土澆筑和混凝土硬化過程中受力特點變化的研究較少[4-10]，對現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板的剛度研究尚不充分?；诖?，本文對現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板在混凝土澆筑和混凝土硬化過程中的受力性能進行試驗研究，得到的數(shù)據(jù)和結(jié)論可為其他工程的設(shè)計與施工提供參考。

1 試驗概況

1.1 試驗區(qū)設(shè)計

某鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)項目，建筑主體高度為20 m，總建筑面積為31 900 m2，樓板采用現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板，以此項目為依托，進行現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板混凝土澆筑和混凝土硬化階段上弦、下弦鋼筋及混凝土應(yīng)變監(jiān)測的試驗，試驗區(qū)樓板平面布置見圖1。

圖1 試驗樓板平面布置

綜合考慮現(xiàn)澆鋼筋桁架樓板結(jié)構(gòu)形式、混凝土齡期、樓板位置(中間跨或邊跨)、臨時支撐布置對樓板受力性能的影響，本試驗共設(shè)計了8塊鋼筋桁架混凝土現(xiàn)澆板，試驗區(qū)樓板編號為B1～B8，相關(guān)設(shè)計參數(shù)見表1所列，其中B1、B3、B5及B7號樓板在跨中位置設(shè)置了臨時支撐，支撐立桿間距為1 300 mm；試驗采用的鋼筋桁架模板型號為TDB7-120，具體參數(shù)見表2。

表1 試驗區(qū)樓板相關(guān)設(shè)計參數(shù)

表2 鋼筋桁架模板參數(shù)

1.2 測點布置

桁架鋼筋應(yīng)變測點：在整個澆筑區(qū)域鋼筋桁架跨中上弦鋼筋上側(cè)、下弦鋼筋下側(cè)各布置了8個測點，見圖2?；炷翍?yīng)變測點：在無支撐區(qū)域和有支撐區(qū)域跨度最大的B1和B2樓板板面附近,每跨布置5個混凝土應(yīng)變傳感器，見圖3，混凝土應(yīng)變傳感器安裝在與上弦鋼筋同高位置處，圖中X向為橫向，Y向為縱向，除2#和7#測點僅布置Y向應(yīng)變計外其余測點均布置X向和Y向應(yīng)變計。

(a)桁架鋼筋測點平面布置

(b)弦桿鋼筋側(cè)位布置圖2 桁架鋼筋應(yīng)變測點布置

(a)B1樓板混凝土應(yīng)變測點

2 試驗結(jié)果

混凝土澆筑后1 h，發(fā)現(xiàn)所有現(xiàn)澆樓板普遍開裂，樓板面產(chǎn)生較多塑性坍落裂縫，裂縫走向沿鋼筋桁架方向，裂縫出現(xiàn)后，施工單位及時進行二次抹面壓光處理，處理后裂縫消失。混凝土齡期為4 d時，未設(shè)臨時支撐的B6、B8樓板再次出現(xiàn)較多沿桁架方向的規(guī)則裂縫，最大裂縫寬度達0.55 mm，現(xiàn)場裂縫分布見圖4。

圖4 現(xiàn)場裂縫

實測混凝土試塊(150 mm×150 mm×150 mm)抗壓強度見表3。

表3 混凝土實測強度

2.1 桁架鋼筋應(yīng)變曲線

參照圖2中的桁架鋼筋應(yīng)變測點布置圖進行測點布置，現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測記錄弦桿鋼筋的應(yīng)變。圖5為試驗樓板上、下弦鋼筋的應(yīng)變變化曲線(受拉為正，受壓為負)。

由圖5可知，所有試驗樓板在混凝土齡期為4 d前，弦桿鋼筋應(yīng)變隨混凝土齡期增加基本呈線性穩(wěn)定增長，當混凝土齡期到4 d時，無論是否布置臨時支撐，上、下弦鋼筋拉應(yīng)變均達到峰值，應(yīng)變—齡期曲線出現(xiàn)明顯拐點，此時混凝土強度為設(shè)計值的34%，隨著混凝土強度的增加，樓板體系傳力模式逐漸由豎向傳力變?yōu)樗絺髁Γ瑧?yīng)變曲線斜率降低，弦桿鋼筋拉應(yīng)變減小，當混凝土齡期到11 d時(混凝土強度達到設(shè)計值的50%)，弦桿鋼筋受力趨于穩(wěn)定，有支撐樓板弦桿鋼筋滿足上弦受壓、下弦受拉的規(guī)律，無支撐樓板上、下弦鋼筋均處于受壓的狀態(tài)，有支撐樓板上弦最大壓應(yīng)變?yōu)?21 με(1#測點)，無支撐樓板上弦最大壓應(yīng)變?yōu)?80 με(8#測點)。

(a)有支撐樓板上弦、下弦鋼筋應(yīng)變

(b)無支撐樓板上弦、下弦鋼筋應(yīng)變圖5 桁架鋼筋應(yīng)變變化曲線

結(jié)合試驗現(xiàn)象，混凝土齡期為4 d時，未設(shè)臨時支撐的B6、B8樓板再次出現(xiàn)較多順筋裂縫，這是由于樓板上弦鋼筋拉應(yīng)變較大引起的，以8#測點為例，混凝土齡期達到4 d時，其上弦鋼筋拉應(yīng)變達到162 με，是4#測點的225%。試驗過程中，B1樓板1#測點下弦鋼筋的應(yīng)變始終大于其余測點的應(yīng)變值，其最大拉應(yīng)變?yōu)?38 με，拆除支撐后，有支撐樓板下弦鋼筋應(yīng)變在短時間內(nèi)有明顯的增長，增長值最大達到了55 με。

試驗結(jié)果顯示，混凝土齡期為6 d時，無支撐樓板上弦鋼筋開始由受拉轉(zhuǎn)為受壓，而有支撐樓板上弦鋼筋在混凝土齡期為8 d時才進入受壓的應(yīng)力狀態(tài)，所以，與設(shè)臨時支撐的樓板相比，當其他條件相同時，無支撐樓板存在上弦鋼筋壓應(yīng)力超前現(xiàn)象，即無支撐樓板上弦鋼筋總是先于有支撐樓板上弦鋼筋進入受壓狀態(tài)。

2.2 混凝土應(yīng)變曲線

參照圖3的混凝土應(yīng)變測點布置，選取B1板的1#、2#、3#、4#測點和B2板的6#、7#、8#、9#測點為代表，繪制出混凝土應(yīng)變變化曲線，如圖6所示。

(a)1#,6#測點混凝土應(yīng)變

(b)2#,7#測點混凝土應(yīng)變

(c)3#,8#測點混凝土應(yīng)變

(d)4#,9#測點混凝土應(yīng)變圖6 混凝土應(yīng)變變化曲線

從混凝土應(yīng)變曲線的走勢來看，其與弦桿鋼筋應(yīng)變曲線相似。不同測點的混凝土應(yīng)變值差異較大，但總體發(fā)展趨勢基本一致，混凝土齡期達到4 d前，所有測點混凝土應(yīng)變曲線基本呈線性增加，這一階段的拉應(yīng)變增長主要由混凝土自身收縮引起。

由圖6可知，隨著混凝土的凝結(jié)硬化，混凝土應(yīng)變—齡期曲線在第4天出現(xiàn)了明顯的拐點，測點混凝土拉應(yīng)變達到峰值，說明此時混凝土和桁架鋼筋開始共同工作，混凝土澆筑完成7 d后，測點應(yīng)變普遍由受拉轉(zhuǎn)為受壓，對比于有支撐樓板，無支撐樓板存在受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力超前的現(xiàn)象?；炷笼g期達到12 d(混凝土強度約為設(shè)計值的50%)時，混凝土受力穩(wěn)定，B1樓板與B2樓板對應(yīng)測點混凝土受力特征有所不同，B1樓板混凝土應(yīng)變多為拉應(yīng)變，B2樓板有較多測點應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變，且B2樓板測點應(yīng)變絕對值大于B1樓板對應(yīng)測點應(yīng)變絕對值。

本次測試混凝土應(yīng)變測點埋設(shè)在上弦鋼筋位置處，應(yīng)變測點距板表面尚有30 mm左右的距離，樓板面混凝土實際應(yīng)變小于測試點混凝土應(yīng)變，所以混凝土齡期大于3 d時B1樓板雖有部分測點拉應(yīng)變超過混凝土極限拉應(yīng)變但未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

3 結(jié)論

(1)對于現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板，混凝土強度較低時，無論是否施加支撐，樓板只有鋼筋桁架提供了剛度，樓板豎向傳力，這一階段無論是弦桿鋼筋還是混凝土的應(yīng)變都快速增長，當混凝土強度達到設(shè)計值的30%左右時，桁架鋼筋和混凝土開始共同工作，樓板體系傳力模式逐漸由豎向傳力變?yōu)樗絺髁?，結(jié)構(gòu)剛度大大提高，各構(gòu)件受力狀態(tài)發(fā)生改變，混凝土強度達到設(shè)計值的50%左右時，板內(nèi)弦桿鋼筋和混凝土應(yīng)變趨于穩(wěn)定。

(2)通過研究有無臨時支撐對現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩種形式的現(xiàn)澆樓板均能滿足施工階段的要求，設(shè)置臨時支撐的現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板有更好的受力性能，混凝土硬化后，其弦桿鋼筋上弦受壓、下弦受拉的受力特征更加明顯。

(3)對比于有臨時支撐的現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板，無支撐樓板存在上弦鋼筋壓應(yīng)力超前和受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力超前現(xiàn)象。

(4)對于現(xiàn)澆鋼筋桁架樓承板，混凝土澆筑完成后樓板面會產(chǎn)生較多塑性坍落裂縫，在未設(shè)臨時支撐的條件下，二次抹面壓光處理并不能根除此類裂縫，因此，實際工程中應(yīng)嚴格控制混凝土的水灰比，適度采用減水劑，對于多跨連續(xù)現(xiàn)澆續(xù)鋼筋桁架樓承板，宜在邊跨樓板跨中設(shè)置臨時支撐，以防止因混凝土強度發(fā)展不夠?qū)е马樈盍芽p的再次出現(xiàn)。