王凱翀 林鵬 李學(xué)文 林建輝

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

隨著《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》[1]等一批文件的出臺，近年我國裝配式建筑進(jìn)入快速發(fā)展階段。裝配式建筑是指由預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑。裝配率是評價裝配式建筑應(yīng)用效果的重要指標(biāo)。裝配率指單位建筑室外地坪以上的主體結(jié)構(gòu)、維護(hù)墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線等采用預(yù)制部品部件的綜合比例[2]。

裝配式建筑板材廣泛用于裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和樓板等主體結(jié)構(gòu)，一般由工廠根據(jù)工程對板材尺寸和結(jié)構(gòu)性能設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行定制化生產(chǎn)。其中，結(jié)構(gòu)性能是裝配式建筑板材生產(chǎn)、建筑設(shè)計和建筑施工各階段重要的應(yīng)用指導(dǎo)依據(jù)，包括板材初裂、破壞時的承載力和撓度等指標(biāo)。通過力學(xué)加載進(jìn)行檢測是判斷建筑板材結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)的重要方法。

1 技術(shù)背景

1.1 建筑板材結(jié)構(gòu)性能檢測方法

常見的檢測方法有均布荷載法和集中力四分點法等，具體實施方法如圖1 和圖2 所示。均布荷載法一般通過累疊砝碼重物，產(chǎn)生近似均布荷載來實現(xiàn)。集中力四分點法通過分荷梁把集中力轉(zhuǎn)換為分布力實現(xiàn)加荷。常見的的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與檢測方法標(biāo)準(zhǔn)如GB/T 40399-2021[3]和GB/T 15762-2020[4]等。

圖1 均布荷載法示意圖

圖2 集中力四分點法示意圖

GB/T 40399-2021《裝配式混凝土建筑用預(yù)制部品通用技術(shù)條件》對裝配式部件的結(jié)構(gòu)性能檢測方法按GB 50204-2015[5]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》附錄B 進(jìn)行。加載方式可為累疊砝碼的均布荷載加荷或千斤頂集中力加荷。采用分級加載，每級荷載按標(biāo)準(zhǔn)荷載或荷載設(shè)計值一定的百分比計算得出。每級加載完成后，荷載應(yīng)維持一定的時間。同時需測量部件的跨中撓度和裂縫寬度。

GB/T 15762-2020《蒸壓加氣混凝土板》對板材結(jié)構(gòu)性能的檢測方法與舊版GB/T 15762-2008 相比，取消了以累疊砝碼加載的均布荷載試驗法，統(tǒng)一采用了集中力四分點法進(jìn)行加荷。同樣，試驗過程中需要測量板材的承載力、撓度和裂縫寬度。

1.2 現(xiàn)有技術(shù)的問題與局限性

隨著裝配式建筑板材生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展和建筑設(shè)計應(yīng)用要求的不斷提高，行業(yè)上板材的生產(chǎn)長度已從原來的3m 以內(nèi)，發(fā)展到長度可達(dá)6m 或以上的水平?；谛袠I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，現(xiàn)有的累疊砝碼和常規(guī)加載設(shè)備等加荷手段對于裝配式建筑板材結(jié)構(gòu)性能的檢測存在缺陷和局限性。其主要體現(xiàn)在：①累疊砝碼重物模擬均布荷載的方法人為影響因素大，累疊過程繁瑣且不連續(xù)，荷載成階梯式增長。②采用常規(guī)加載設(shè)備產(chǎn)生荷載，儀器一般形式為反力架基座臺結(jié)構(gòu)，儀器承壓基座大小限制了受測板材的尺寸。由于基座臺的存在，對地面起重工具的使用造成不便，對一些大型板材的試驗安裝就位通常需要使用大型吊裝機(jī)械，造成了檢測成本的增加。

2 加載系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 加載系統(tǒng)的設(shè)計要求

針對現(xiàn)有檢測技術(shù)的問題與局限性，并考慮裝配式建筑板材結(jié)構(gòu)性能檢測所需的條件，本文提出一種適用于裝配式建筑板材結(jié)構(gòu)性能檢測的加載系統(tǒng)方案。

本加載系統(tǒng)滿足以下設(shè)計要求：①滿足裝配式板材結(jié)構(gòu)性能檢測中對加載過程的控制、承載力的測量、撓度的測量和裂縫觀測的要求。②設(shè)計同時考慮加載系統(tǒng)的使用效率、適用性和經(jīng)濟(jì)性。加載系統(tǒng)應(yīng)便于各種檢測場地和輔助工具的使用。③設(shè)計應(yīng)方便加載系統(tǒng)的日常維護(hù)。

2.2 加載系統(tǒng)的組成

加載系統(tǒng)的組成設(shè)計如圖3 所示。該加載系統(tǒng)由上橫梁、立柱、地面平臺預(yù)埋件、加載油缸、力傳感器、位移傳感器、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、加載板和支撐座組成。

圖3 加載系統(tǒng)剖面圖

2.3 設(shè)計關(guān)鍵點

本加載系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵點為：

⑴由上橫梁、立柱、地面平臺預(yù)埋件、加載油缸組成地面雙柱式加載框架。地面平臺預(yù)埋件和上橫梁用立柱相聯(lián)，形成門式自平衡式反力架結(jié)構(gòu)。地面平臺預(yù)埋件是預(yù)先挖地基后，先放入工字鋼焊接的預(yù)埋件，然后澆筑混凝土硬化而成。此做法能保證立柱的垂直度及龍門架的強(qiáng)度，適應(yīng)裝配式建筑板材對檢測空間的要求，加載框架空間效果如圖4 所示。

圖4 加載系統(tǒng)空間效果圖

⑵根據(jù)建筑板材結(jié)構(gòu)性能檢測對測量板材中部變形撓度的要求，加載系統(tǒng)中部下方位移傳感器采用下沉式設(shè)計，保證地面平臺的平整，預(yù)留板材變形空間。使用金屬框架支撐，保護(hù)傳感器不受板材破壞時的撞擊造成損壞。

⑶板材試樣安放在支撐座上進(jìn)行試驗，支撐座的設(shè)計使其具有一定的高度，以方便檢測人員觀測板材試樣的裂縫。

2.4 設(shè)計優(yōu)點

本加載系統(tǒng)設(shè)計方案有以下優(yōu)點：

⑴采用電氣控制集中力加荷系統(tǒng)，可通過分荷梁多級分配荷載，避免人為因素對測試產(chǎn)生影響。

⑵加載油缸采用與加載框架一體化連接設(shè)計，無需人工搬動加載油缸，且加載油缸重量不會施加到板材上。

⑶地面平臺使用預(yù)埋件混凝土基礎(chǔ)一體化連接，此設(shè)計可利用場地地面的長度，解決常規(guī)加載設(shè)備因所檢測的板材長度過長，無法放在其基座臺上的問題，可檢測的板材長度從現(xiàn)有儀器基座臺長度擴(kuò)展到場地的長度，可對各種長度的板材進(jìn)行檢測。

⑷常規(guī)加載設(shè)備的占地面積為儀器基座臺面積，基座臺面積需要大于受檢樣品的投影面積；本加載系統(tǒng)占地面積實際只有雙柱式加載框架部分需要占地面積，加載系統(tǒng)的其余占地的地面與實驗室原有的地面高度相同，大大減少場地使用的壓力。

⑸常規(guī)加載設(shè)備因為存在基座臺，阻礙了起重工具的使用，樣品往往只能通過大型機(jī)械吊裝；本加載系統(tǒng)由于用地面預(yù)埋件混凝土基礎(chǔ)代替現(xiàn)有儀器的基座臺，并采用下沉式位移傳感器設(shè)計，地面平坦使得如叉車等地面起重工具的使用變得容易，大大提高了樣品安裝就位的效率，同時也降低了樣品安裝就位成本。

⑹本加載系統(tǒng)設(shè)計采用可移動快接式液壓油站系統(tǒng)，油站與油缸升降系統(tǒng)采用專用快接接頭，使用時能快速連接，不使用時可以快速拆卸，并移動到其他位置放置，進(jìn)一步提高了實驗場地的使用率和靈活性。由于采用了可移動快接設(shè)計，油站及其電控系統(tǒng)不使用時可拆卸安放以方便日常維護(hù)。

3 檢測應(yīng)用實施方法

下面以本加載系統(tǒng)在蒸壓加氣混凝土樓板結(jié)構(gòu)性能檢測中的應(yīng)用為例，進(jìn)一步說明加載系統(tǒng)各組成之間的聯(lián)動工作原理。

檢測實施工作步驟為：

⑴用鋼卷尺測量并記錄板的規(guī)格，包括長度、寬度、厚度；用電子秤測量并記錄板的自重；用電子秤測量并記錄加載板的重量；在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中輸入板的規(guī)格與自重、加載板的重量和承載力檢驗系數(shù)。

⑵將板材試樣放到支撐座上。在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測控軟件中對位移傳感器與力傳感器發(fā)出“讀數(shù)歸零”指令。

⑶把加載板擱置在板材試樣上。

⑷在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸入“加載”指令，使電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)推動加載油缸向下運動；加載油缸驅(qū)動力傳感器的壓板壓在加載板上面，板材試樣開始受到荷載。

⑸位移傳感器反饋數(shù)據(jù)給電氣控制系統(tǒng)，控制加載油缸以板材試樣跨中彎曲變形達(dá)到0.05mm/s 的等位移速率加載。

⑹加載到板材試樣出現(xiàn)第一條裂縫時，在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸入“初裂標(biāo)記”指令；計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄板材試樣的初裂時集中力荷載實測值；此時加載油缸繼續(xù)保持等位移速率加載。

⑺用刻度放大鏡觀察裂縫寬度變化和板其他破壞情況；裂縫寬度達(dá)到1.5mm 或出現(xiàn)其他破壞標(biāo)志時，在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸入“結(jié)束”指令；位移傳感器和力傳感器通過電氣控制系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)給計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，得出板材試樣的短期撓度實測值和破壞時集中力荷載實測值。

⑻在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸入“復(fù)位”指令使電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)收回加載油缸壓板。

⑼在計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸入樓板的荷載標(biāo)準(zhǔn)值、荷載設(shè)計值、結(jié)構(gòu)安全重要性系數(shù)；計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)自動計算板材的初裂與破壞荷載檢驗值、初裂荷載實測值、短期撓度允許值、破壞荷載實測值；當(dāng)初裂荷載實測值≥初裂荷載檢驗值，破壞荷載實測值≥破壞荷載檢驗值，并且短期撓度實測值≥短期撓度允許值時，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)自動給出合格結(jié)論；檢測結(jié)束。

4 結(jié)語

本加載系統(tǒng)具體加載量程、外形尺寸可根據(jù)實際使用情況進(jìn)行定制化設(shè)計，能滿足多種裝配式建筑板材結(jié)構(gòu)性能的檢測要求。通過對計算機(jī)測控軟件的試驗控制程序編寫，可以實現(xiàn)多種加載控制效果。在實際應(yīng)用中，本加載系統(tǒng)具有空間適應(yīng)性強(qiáng)、使用維護(hù)方便靈活、檢測樣品就位便捷等優(yōu)點，適合裝配式建筑前期設(shè)計、材料生產(chǎn)、后期驗收測試等各環(huán)節(jié)相關(guān)機(jī)構(gòu)使用，能很好地配套裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。