王洪欣， 王慶華， 黃朝俊， 李曉麗， 石 磊

(1 中建科技集團(tuán)有限公司， 深圳 518052； 2 中建科技(深汕特別合作區(qū))有限公司， 深圳 518200)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的樓板應(yīng)用以鋼筋桁架疊合板居多，由于鋼筋桁架對(duì)預(yù)制帶肋底板剛度貢獻(xiàn)很小[1]，鋼筋桁架疊合板經(jīng)濟(jì)適用跨度較小。當(dāng)跨度大于6m時(shí)，構(gòu)件制作、施工安裝和后澆疊合層等均存在較多問(wèn)題，其經(jīng)濟(jì)性不明顯[2-3]。吳方伯等[4-7]研發(fā)出一種預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，其承載力和適用跨度均好于鋼筋桁架疊合板，但由于預(yù)制帶肋底板較薄(30mm)，因此預(yù)制帶肋底板反拱值較大，且難以滿足防火要求。

基于深圳市長(zhǎng)圳公共住房項(xiàng)目的應(yīng)用需求，筆者研發(fā)一種大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土帶肋疊合板(簡(jiǎn)稱“預(yù)應(yīng)力疊合板”)，又稱“倒雙T板”。預(yù)應(yīng)力疊合板由預(yù)制帶肋底板和現(xiàn)澆疊合層組成，預(yù)制帶肋底板上表面有凹凸差不小于4mm的粗糙面，粗糙面的面積不小于結(jié)合面的80%。底板寬度1.2～2.4m，板厚50mm，預(yù)應(yīng)力鋼絲布置在預(yù)制帶肋底板居中位置(圖1)。為提高預(yù)制帶肋底板剛度和疊合板整體性，在預(yù)制帶肋底板四等分位置設(shè)置兩個(gè)截面為200mm×75mm的矩形肋。采用預(yù)應(yīng)力疊合板的優(yōu)點(diǎn)如下：承載力較高，極限承載力可達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的2倍以上；材料用量節(jié)約，節(jié)省鋼材30%以上；生產(chǎn)高效，采用預(yù)應(yīng)力一次張拉的長(zhǎng)線臺(tái)生產(chǎn)工藝，長(zhǎng)線臺(tái)長(zhǎng)度為60～120m，可一次生產(chǎn)15～25塊預(yù)制板(圖2)；施工效率高，施工時(shí)免支撐或少支撐；使用性能好，80m2以下戶型可不設(shè)梁和墻，80m2以上戶型設(shè)置1道梁或墻，可實(shí)現(xiàn)大空間的建筑功能要求，方便用戶后期改造。

圖1 預(yù)應(yīng)力帶肋底板實(shí)物

圖2 長(zhǎng)線臺(tái)生產(chǎn)線實(shí)景

為研究不同支撐條件下預(yù)應(yīng)力疊合板受力性能影響規(guī)律，以深圳市長(zhǎng)圳公共住房項(xiàng)目典型戶型為例，選取板跨度為6.4m的預(yù)應(yīng)力疊合板為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)研究其兩端簡(jiǎn)支、兩端與混凝土梁簡(jiǎn)支連接和整體大板三種不同支撐條件下的預(yù)應(yīng)力疊合板受力性能，并對(duì)3塊預(yù)應(yīng)力帶肋底板密拼疊合層整體澆筑的整體大板進(jìn)行長(zhǎng)期加載試驗(yàn)。其中，兩端簡(jiǎn)支為理想簡(jiǎn)支邊界條件，兩端與混凝土梁簡(jiǎn)支連接為實(shí)際單塊板簡(jiǎn)支邊界條件，整體大板更加接近實(shí)際工程一個(gè)戶型內(nèi)樓板的邊界條件。

1 工程應(yīng)用

深圳市長(zhǎng)圳公共住房項(xiàng)目總建筑面積約115萬(wàn)m2，包括4棟高層住宅、19棟超高層住宅和3棟幼兒園。4棟高層住宅的結(jié)構(gòu)高度為103.05m，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.8m，共36層；19棟超高層住宅的結(jié)構(gòu)高度為149.5m，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.8m，共53層。高層和超高層住宅標(biāo)準(zhǔn)層均采用跨度為6.2～6.4m預(yù)應(yīng)力疊合板。幼兒園2，3層樓板采用跨度為3.9m的預(yù)應(yīng)力疊合板。在該項(xiàng)目中，上述預(yù)應(yīng)力疊合板用量達(dá)到25萬(wàn)m2。其中，幼兒園項(xiàng)目已竣工，預(yù)應(yīng)力疊合板施工時(shí)免支模、免支撐，施工高效，板底平整、觀感效果好(圖3)。

圖3 預(yù)應(yīng)力疊合板施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景

以4棟高層住宅中的10#住宅樓為例，說(shuō)明疊合樓板布置情況，該樓由4個(gè)65m2戶型和2個(gè)80m2戶型組成(圖4)。預(yù)制帶肋底板和現(xiàn)澆層混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C40和C30。預(yù)制帶肋底板沿跨度方向布置11根直徑為9mm的1570級(jí)螺旋肋消除預(yù)應(yīng)力鋼絲，張拉控制應(yīng)力為0.70fptk。在垂直跨度方向布置6@250(HRB400)分布筋(圖5)。樓板設(shè)計(jì)荷載下恒載、活載標(biāo)準(zhǔn)值分別為1.5，3.5kN/m2，基本組合下的設(shè)計(jì)荷載為6.7kN/m2。

圖4 10#樓預(yù)應(yīng)力疊合板平面布置圖

圖5 長(zhǎng)度6.4m的預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板布置圖

2 單塊板試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)方案

長(zhǎng)度6.4m預(yù)應(yīng)力疊合板加載試驗(yàn)的支座形式分為兩端簡(jiǎn)支和兩端混凝土梁支座，為防止試驗(yàn)結(jié)果的差異性，分別制作了兩個(gè)相同的試件。前者即預(yù)應(yīng)力疊合板兩端擱置于直徑為50mm的圓柱形鋼棒上，預(yù)應(yīng)力疊合板兩端可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，試件編號(hào)為YDB6416-1和YDB6416-2(圖6(a))。兩端混凝土梁支座接近實(shí)際工程情況，預(yù)應(yīng)力疊合板兩端鋼筋錨入到混凝土梁內(nèi)，試件編號(hào)為YDB6416-3和YDB6416-4(圖6(b))。

圖6 預(yù)應(yīng)力疊合板加載方案

兩個(gè)試件均采用500mm×1 200mm×60mm的鋼筋混凝土試塊進(jìn)行均布加載。單個(gè)荷載塊質(zhì)量為90kg，每組疊放試塊的間距150mm[8-10]，加載示意如圖7所示。

圖7 試件兩端簡(jiǎn)支的加載及破壞情況

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

(1)以試件YDB6416-1為例，兩端簡(jiǎn)支的預(yù)應(yīng)力疊合板試件加載及破壞情況總結(jié)如下：

1)加載至設(shè)計(jì)荷載6.70kN/m2時(shí)，預(yù)應(yīng)力疊合板跨中撓度17.98mm(相當(dāng)于L/345，L為預(yù)應(yīng)力疊合板的凈跨，取6 200mm)，試件表面未出現(xiàn)裂縫。2)加載至9.52kN/m2時(shí)，板底跨中處出現(xiàn)3條微裂縫，最大裂縫寬度0.05mm，跨中撓度30.10mm(相當(dāng)于L/206)。3)繼續(xù)加載，預(yù)應(yīng)力疊合板板跨中兩側(cè)新增數(shù)條裂縫，原有裂縫繼續(xù)發(fā)展，裂縫從板底向板頂延伸。當(dāng)加載至11.10kN/m2時(shí)，跨中裂紋延伸至現(xiàn)澆層，最大裂縫寬度0.38mm。4)加載至13.81kN/m2時(shí)，板跨中最大裂縫寬度達(dá)到1.15mm，跨中撓度131.79mm，大于板跨的1/50，試件達(dá)到極限破壞(圖7)。

(2)以試件YDB6416-4為例，兩端混凝土梁支座的預(yù)應(yīng)力疊合板試件加載及破壞情況總結(jié)如下：

1)加載至設(shè)計(jì)荷載6.70kN/m2時(shí)，板跨中撓度13.02mm(相當(dāng)于L/476)，試件表面未出現(xiàn)裂縫。2)加載至9.22kN/m2時(shí)，支座板頂處出現(xiàn)1條微裂紋，裂縫寬度0.06mm。3)加載至10.38kN/m2時(shí)，板底跨中處出現(xiàn)2條微裂縫，最大裂縫寬度0.11mm，板跨中撓度35.50mm(相當(dāng)于L/175)。4)加載至11.70kN/m2時(shí)，板跨中兩側(cè)新增數(shù)條裂縫，原有裂縫繼續(xù)發(fā)展，最大裂縫寬度達(dá)到0.49mm，跨中撓度59.83mm(相當(dāng)于L/104)。由于支撐混凝土梁的混凝土柱墩發(fā)生開裂破壞，停止加載(圖8)。

圖8 試件兩端混凝土梁支座的加載及破壞情況

表1為所有試件試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)匯總。設(shè)計(jì)荷載時(shí)，板跨中撓度值約為規(guī)范限值31.5mm(相當(dāng)于L/200)的41%～57%，且預(yù)應(yīng)力疊合板未開裂；預(yù)應(yīng)力疊合板開裂時(shí)的荷載為設(shè)計(jì)荷載的1.42～1.55倍，極限荷載為設(shè)計(jì)荷載的2.06～2.13倍，說(shuō)明預(yù)應(yīng)力疊合板的設(shè)計(jì)具有較高安全儲(chǔ)備。

圖9為試件荷載-跨中撓度曲線，由圖7，8的試驗(yàn)現(xiàn)象和圖9的試驗(yàn)數(shù)值結(jié)果可知：1)各條曲線變形趨勢(shì)基本一致，各試件剛度均隨著荷載增大而減?。?)受壓區(qū)混凝土完好，未被壓碎，預(yù)應(yīng)力底板與后澆面層混凝土交界面接合良好，未出現(xiàn)剪切滑移現(xiàn)象，預(yù)應(yīng)力鋼絲沒有出現(xiàn)滑移、脆斷現(xiàn)象；3)與兩端簡(jiǎn)支的預(yù)應(yīng)力疊合板相比，兩端混凝土梁支座的初始剛度大，設(shè)計(jì)荷載下的撓度值降低27.6%，板底開裂荷載提高7.7%。

試驗(yàn)結(jié)果表1

圖9 預(yù)應(yīng)力疊合板荷載-跨中撓度曲線

3 整體大板試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)方案

整體大板由3塊板跨度為6.4m的預(yù)應(yīng)力帶肋底板密拼后整體澆筑疊合層，圖10為整體大板的平面布置圖。預(yù)應(yīng)力疊合板在實(shí)際工程中受力狀態(tài)可稱之為“單向受力，雙向構(gòu)造”，即樓板主要受力狀態(tài)為沿預(yù)應(yīng)力疊合板的板跨方向受力，且疊合板橫向密拼處通過(guò)鋼筋的搭接連接可以提供一定承載力。疊合板板端與混凝土梁連接的節(jié)點(diǎn)大樣見圖11(a)；疊合板板側(cè)與混凝土梁連接的節(jié)點(diǎn)大樣見圖11(b)；疊合板橫向密拼連接的節(jié)點(diǎn)大樣見圖11(c)。

圖10 整體大板平面布置圖

圖11 整體大板節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

通過(guò)在整體大板上堆載550mm×1 100mm×300mm的鋼筋混凝土試塊進(jìn)行長(zhǎng)期靜力均布加載試驗(yàn)，折算的均布荷載為6.48kN/m2，觀測(cè)周期為28d，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)加載情況如圖12所示。

圖12 整體大板加載試驗(yàn)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

整體大板在長(zhǎng)期均布荷載作用下，中間板和兩邊側(cè)板的跨中撓度-時(shí)間曲線見圖13。通過(guò)試驗(yàn)得到：1)加載完成后前5d，疊合板跨中撓度增加最快，約達(dá)到最終總撓度的77.4%；2)加載完成后第5～15d，疊合板跨中撓度增加變緩，第15d時(shí)板跨中撓度約達(dá)到最終撓度的91.9%；3)加載第15～30d，疊合板跨中撓度變化趨于平穩(wěn)，最終跨中撓度約為2.83mm；4)相同荷載下，整體大板的中間板為兩端簡(jiǎn)支單塊疊合板跨中撓度的23.6%，為兩端梁支座單塊疊合板跨中撓度的30.8%。整體大板呈現(xiàn)出雙向受力狀態(tài)，長(zhǎng)期均布荷載作用下整體大板的預(yù)制帶肋底板與現(xiàn)澆疊合層連接良好，界面未出現(xiàn)裂縫、剪切滑移等破壞現(xiàn)象。

圖13 長(zhǎng)期均布荷載作用下整體大板跨中撓度-時(shí)間曲線

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)荷載下，兩端簡(jiǎn)支的預(yù)應(yīng)力疊合板跨中撓度值小于規(guī)范限值，且板底未開裂；預(yù)應(yīng)力疊合板的承載力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載，說(shuō)明預(yù)應(yīng)力疊合板的設(shè)計(jì)具有較大安全儲(chǔ)備。

(2)兩端梁支座的預(yù)應(yīng)力疊合板的初始剛度和板底開裂荷載均比兩端簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力疊合板大，預(yù)制帶肋底板與現(xiàn)澆疊合層混凝土交界面接合良好，未出現(xiàn)裂縫和剪切滑移，受力性能等同于現(xiàn)澆樓蓋。

(3)整體大板的豎向變形隨時(shí)間不斷增加，加載1月后趨于穩(wěn)定，同荷載下整體大板的跨中撓度遠(yuǎn)小于兩端簡(jiǎn)支單塊疊合板，說(shuō)明整體大板呈現(xiàn)雙向受力狀態(tài)。