胡望HU Wang

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湘潭 411101）

0 引言

自中國特色社會(huì)主義建設(shè)發(fā)展以來，建筑業(yè)飛速發(fā)展，其中高層、大跨度的建筑數(shù)量也跟隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的成熟越來越多，同時(shí)也處在向上增長階段[1]。六七十年代開始，我國就已經(jīng)有對(duì)空間結(jié)構(gòu)開展了研究，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由三部分組成，分別是桿單元、梁柱單元及板殼單元，由三者組合成了一個(gè)3D 空間體系。但因?yàn)橐郧敖?jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，技術(shù)也不成熟，鋼材的產(chǎn)量有限、施工設(shè)備限制等原因，導(dǎo)致了空間結(jié)構(gòu)的研究和施工運(yùn)用發(fā)展很落后。到了八九十年代的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)得到發(fā)展，技術(shù)水平也有提高，同時(shí)建筑、材料、機(jī)械等各行各業(yè)都發(fā)展快速，空間結(jié)構(gòu)也得到迅猛發(fā)展，在社會(huì)、行業(yè)、政府等的建設(shè)中需求量也有很大提升。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等一類得到快速拓展和發(fā)展[2]。

空間結(jié)構(gòu)的類型越來越多，但不同的類型有不同的適用情況。以前的傳統(tǒng)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，如板式空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，理論研究與實(shí)際運(yùn)用都比較多而且相關(guān)技術(shù)比較成熟。在這些前輩們辛勤付出的研究以及工程實(shí)際運(yùn)用的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用這些已經(jīng)得到工程實(shí)踐運(yùn)用的理論基礎(chǔ)，我們又提出了一種區(qū)別于以往的新的鋼筋砼結(jié)構(gòu)類型，這類新型的鋼筋砼的最顯著的優(yōu)點(diǎn)主要是更“輕”，在原有的基礎(chǔ)上減小了本結(jié)構(gòu)的自重。這幾種新型的鋼筋砼空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的類型主要包括四種，分別是：空腹夾層板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)，中空雙層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，板式空腹網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[3]。

小間距鋼梁混凝土空心樓蓋跟前述介紹的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)非常相似，是在鋼筋混凝土空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，進(jìn)行了創(chuàng)新。將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的混凝土量用H 型鋼的鋼梁代替，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中梁之間的距離為2m，鋼梁我們用的是H 型鋼梁，使其具備了鋼-混組合樓蓋和“盒式鋼結(jié)構(gòu)”優(yōu)異的抗震效果的特點(diǎn)[4]。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

小間距鋼梁混凝土空心樓蓋[5]，它既有鋼結(jié)構(gòu)樓蓋的特征，同時(shí)又有現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的特征，集合了兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，是一種有創(chuàng)新的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)類型[6]。本文中的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)小間距鋼梁混凝土空心樓蓋空心混凝土板的變形情況進(jìn)行了研究和分析[5]。

小間距鋼梁混凝土空心樓蓋的試驗(yàn)?zāi)Ｐ透叨葹?.8m，該試驗(yàn)?zāi)Ｐ透Y(jié)構(gòu)有所區(qū)別。一是試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)中考慮到試驗(yàn)條件有限，將試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)中的柱替換成了素混凝土墩子，其中，素混凝土墩的橫向（主梁方向）間距的數(shù)值為4m，素混凝土墩的縱向（次梁）方向間距的數(shù)值為1.0m，素混凝土墩的截面尺寸為0.25m×0.25m×0.8m，混凝土的強(qiáng)度為C20。試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)中的主次梁都是采用的鋼梁，鋼梁都為采用手工電弧焊焊接而成的H 型鋼，柱梁、次梁等鋼梁之間的間距數(shù)值都為1.0m，H 型鋼梁的截面尺寸為主梁為120×100×5×5 次梁為120×80×5×5，鋼材的材質(zhì)采用的是Q235。小間距鋼梁混凝土空心樓蓋如圖1 所示的（a）、（b）、（c）三個(gè)組成部分，其中鋼梁的主、次梁之間采用螺栓連接，螺栓用的是等級(jí)為4.8 級(jí)的M14 螺栓。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D（單位：mm）

小間距鋼梁混凝土空心樓蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)由10 根H型鋼的鋼梁和16 塊鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空心板組成。板尺寸為：0.12m×1.0m×1.0m，內(nèi)插入PVC 管，使其混凝土空心板。采用的PVC 管長度為0.9m，外直徑為75mm，布置方向?yàn)椋貉刂鴻M向（主梁）方向布置，混凝土空心板是分塊嵌入鋼梁中，PVC 管在每塊空心板中的PVC 管的相互間距為30mm，距離混凝土空心板的上板面和下板面的距離均是22.5mm，8 根。施工時(shí)要保證各PVC 管之間的間距均勻一致，PVC 管的布置情況圖如圖2 所示，現(xiàn)澆混凝土空心板的澆筑過程中模板工程采用吊模施工[5]。

圖2 空心管模板布置圖

小間距鋼梁混凝土空心樓蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的施工制作步驟分別為：第一步：進(jìn)行小間距鋼梁混凝土空心樓蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成型。第二步：材料的采購，包括普通硅酸鹽水泥、河砂（采用中砂）、鵝卵石、直徑8mm 的螺紋鋼筋、PVC 管以及試驗(yàn)用的應(yīng)變片、環(huán)氧樹脂、砂紙等。第三步：素混凝土墩（支座）的施工。開始先根據(jù)圖紙要求進(jìn)行模板的制作加工，然后根據(jù)設(shè)計(jì)文件中混凝土強(qiáng)度要求（C20 的強(qiáng)度）進(jìn)行混凝土的下料、攪拌、出料、場內(nèi)運(yùn)輸、入倉澆筑、平倉和振搗，最后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間養(yǎng)護(hù)。第四步：素混凝土墩按要求養(yǎng)護(hù)成型，強(qiáng)度達(dá)到要求后，將小間距鋼梁混凝土空心樓蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行安裝。第五步：校核完鋼梁組成的鋼構(gòu)件安裝偏差確認(rèn)符合要求后，便是進(jìn)行鋼筋混凝土空心板的施工，施工包括三個(gè)內(nèi)容，分別是：①支低模模板（吊模施工），模板的安裝施工要保證有足夠的剛度輕度穩(wěn)定性，并防止變形漏漿。②空心板底板8mm 直徑鋼筋的鋼筋綁扎，如圖3 所示。③空心板PVC 的安裝，安裝時(shí)要按照設(shè)計(jì)圖紙要求，嚴(yán)格控制好管間距。④空心板頂板8mm 直徑鋼筋的鋼筋綁扎，如圖3 所示。⑤檢查模板的安裝，具備澆筑要求就進(jìn)行混凝土空心板的砼澆筑，并養(yǎng)護(hù)。

圖3 有板鋼混樓蓋混凝土空心板配筋圖

1.2 混凝土應(yīng)變測試點(diǎn)布置及加載試驗(yàn)概況

小間距鋼梁混凝土空心樓蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)完成后，在試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)空心板按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的位置在空心板的上板面和下板面分別布置粘貼好應(yīng)變片，布置粘貼時(shí)要保證粘貼界面干凈、干燥和平整，應(yīng)變片不能出現(xiàn)褶皺?；谠囼?yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，按照對(duì)稱性取以試驗(yàn)構(gòu)件中心的1/4 主次梁跨徑范圍內(nèi)的混凝土空心板進(jìn)行應(yīng)變點(diǎn)的設(shè)置[5]，具體設(shè)置位置如圖4。

圖4 空心混凝土板應(yīng)變片上（下）的應(yīng)變片布置位置及試驗(yàn)現(xiàn)場圖

在應(yīng)變箱的連接和加載裝置的安裝完成后，在各項(xiàng)試驗(yàn)準(zhǔn)備工作做好的基礎(chǔ)上，我們對(duì)小間距鋼梁混凝土空心樓蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)進(jìn)行加載工作，用以測量出混凝土空心板在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型中的變形。我們采用的加載方法是力+位移的混合加載的模式[5]。先用力控制加載即通過控制加載荷載的大小，以2kN/每級(jí)進(jìn)行豎向方向的加載，等豎向荷載的大小達(dá)到16kN 時(shí)停止使用力控制的加載方式，改用位移控制的卸載方式來進(jìn)行卸載，以1mm/每級(jí)進(jìn)行卸載，直至為零，這是考慮自重作用下的變形。另根據(jù)使用階段的范圍以位移控制法進(jìn)行最大主跨中心變形為20mm的加載試驗(yàn)[7]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

混凝土空心板的應(yīng)變片是對(duì)稱的在空心板的上板面和下板面進(jìn)行布置進(jìn)行混凝土應(yīng)變的測量。根據(jù)本文圖5可以知道，空心板上板面的截面1-1，同時(shí)空心板相應(yīng)位置測點(diǎn)的“C 上1-1”、“C 上2-1”、“C 上3-1”位置的應(yīng)變數(shù)值都為負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)即說明是壓應(yīng)變；空心板下板面的“C下1-1”、“C 下2-1”、“C 下3-1”位置的應(yīng)變數(shù)值都為正數(shù)，說明是拉應(yīng)變，且明顯一一相對(duì)于Y 軸接近對(duì)稱，將近直線的應(yīng)力應(yīng)變曲線。表明了混凝土空心板的上下板面和截面測點(diǎn)設(shè)置的點(diǎn)位基本達(dá)到對(duì)稱，而且應(yīng)變情況比較接近。截面2-2 的空心板混凝土荷載-應(yīng)變圖如圖5，都差不多趨于直線，“C 上1-2”、“C 上2-2”、“C 上3-2”一一分別與“C 下1-2”、“C 下2-2”、“C 下3-2”相對(duì)Y 軸對(duì)稱，表明了空心板上下板面與截面的測點(diǎn)點(diǎn)位基本對(duì)稱，與此同時(shí)，截面1-1 的應(yīng)變數(shù)值比截面2-2 整體要大。

圖5 樓蓋跨中、三分點(diǎn)位置截面空心混凝土板上（下）測點(diǎn)應(yīng)變

本試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了以位移法的加載方式進(jìn)行了最大主跨中心變形為20mm 的加載試驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞幱趶椥噪A段，隨豎向荷載增加位移增大，兩條曲線分離趨勢(shì)增大。說明混凝土空心板不同截面位置變形差別大，離截面中心越遠(yuǎn)位置混凝土變形減弱，且在一定范圍隨荷載增大差異變化越明顯[8]

3 結(jié)語

混凝土的組成材料特性比較復(fù)雜，混凝土在豎向荷載作用將發(fā)生相應(yīng)的變形。同時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)混凝土澆搗養(yǎng)護(hù)完成后，混凝土的內(nèi)部因?yàn)椴牧系奶攸c(diǎn)和環(huán)境的影響已經(jīng)存在少量微裂縫，內(nèi)部有不可避免的初始?xì)饪缀涂p隙，混凝土在承受應(yīng)力作用或環(huán)境條件改變時(shí)都將發(fā)生相應(yīng)的變形[8]?；炷猎诮Y(jié)構(gòu)中扮演者重要的角色，我們要熟悉混凝土的材料特性特點(diǎn)，有助于我們深入掌握和運(yùn)用混凝土的各種力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場施工也有很大的幫助。因此本文重點(diǎn)關(guān)注小間距鋼梁混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)空心混凝土板的變形情況。

經(jīng)過對(duì)小間距鋼梁混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)空心混凝土板的變形性能試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析可知[5]，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用階段，混凝土空心板不同截面位置變形差別大，離截面中心越遠(yuǎn)位置混凝土變形減弱，且在一定范圍隨荷載增大差異變化越明顯。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和分析，由于沒有考慮結(jié)構(gòu)可靠度，本次試驗(yàn)結(jié)果僅限于樓蓋彈性階段的空心混凝土板的變形性能研究。