王皓 WANG Hao；石林 SHI Lin；何川 HE Chuan；王小樂 WANG Xiao-le

（北京城建十六建筑工程有限責(zé)任公司，北京 100089）

0 引言

在建筑工業(yè)化快速發(fā)展的背景下，疊合板作為一種新型的混凝土結(jié)構(gòu)形式，具有節(jié)能環(huán)保、抗震性能優(yōu)越、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各類建筑工程中[1-2]。在實(shí)際工程中通常所用的疊合板底板為具有外伸鋼筋的預(yù)制板，其與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接情況直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性，如果連接技術(shù)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、變形或者斷裂等不良后果，嚴(yán)重影響建筑的安全性和穩(wěn)定性[3-4]。由于傳統(tǒng)的連接方式存在施工繁瑣、耗時(shí)耗力等問題，而且耐久性較差，容易產(chǎn)生銹蝕和疲勞損傷等問題，不利于構(gòu)件的連接。因此，優(yōu)化疊合板與現(xiàn)澆梁的連接技術(shù)，提高預(yù)制與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接部位的耐久性和可靠性，對(duì)于延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命、提高結(jié)構(gòu)的綜合性能具有重要的實(shí)際意義[5]。郭偉賓[6]對(duì)比分析了胡子筋、連接鋼筋構(gòu)造的疊合板與現(xiàn)澆梁相接部位的抗彎能力，發(fā)現(xiàn)配置合適的連接鋼筋能夠提高預(yù)制板與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)處的受力性能。鄧宇等[7]在疊合板與現(xiàn)澆梁連接處涂抹環(huán)氧樹脂涂抹，并進(jìn)行了抗彎試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂能夠增大節(jié)點(diǎn)部位的抗彎能力。

基于此，為了能夠得出性能最好的現(xiàn)澆梁-疊合板連接方式，優(yōu)化構(gòu)件的承載能力，對(duì)比分析了斜插筋連接、出筋連接、凹槽鋼筋連接以及疊合面鋼筋連接這4 種連接類型的現(xiàn)澆梁-疊合板構(gòu)件的滯回曲線，承載能力等性能，為類似工程提供了指導(dǎo)和借鑒。

1 試驗(yàn)方案

1.1 設(shè)計(jì)構(gòu)件

此次試驗(yàn)設(shè)計(jì)4 種現(xiàn)澆梁和疊合板連接方式，對(duì)比各連接方式下板間交界處的力學(xué)性能，4 種方式分別為斜插筋連接、出筋連接、凹槽鋼筋連接以及疊合面鋼筋連接?？紤]到實(shí)際工程中梁與板交界部位的受力情況，將支座和跨中的距離設(shè)置為1000m，設(shè)置板懸挑距離L 為1100mm，疊合板中現(xiàn)澆板與預(yù)制板的板寬均為1000mm，前者厚度為70mm，后者厚度為60mm?，F(xiàn)澆梁寬300mm、高500mm、長(zhǎng)2300mm，試件所用鋼筋均為HRB400 鋼筋，現(xiàn)澆板沿板寬方向現(xiàn)澆板縱向設(shè)置5 根主筋，鋼筋間距200mm 且伸入整個(gè)梁截面，錨固牢固；選擇出筋連接方式時(shí)預(yù)制板沿板寬方向現(xiàn)澆板縱向設(shè)置5 根主筋，鋼筋間距200mm，錨固長(zhǎng)度為205mm；選擇斜插筋連接方式時(shí)預(yù)制板沿板寬方向鋼筋設(shè)置與出筋連接時(shí)相同；選擇疊合面鋼筋搭接時(shí)現(xiàn)澆板和預(yù)制板相接位置設(shè)置5 根鋼筋，直徑為8mm；選擇凹槽連接方式時(shí)板寬方向鋼筋設(shè)置與出筋連接時(shí)相同，各連接方式見圖1 所示。

圖1 不同連接方式試件示意圖

1.2 測(cè)試材料力學(xué)性能

在制作現(xiàn)澆梁-疊合板構(gòu)件時(shí)，制作6 個(gè)（共2 組）混凝土立方體試塊，邊長(zhǎng)100mm，養(yǎng)護(hù)條件與澆梁-疊合板構(gòu)件相同。立方體試樣制作完成后開展抗壓試驗(yàn)，得出其軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量以及立方體抗壓強(qiáng)度分別為26.8MPa、2.4MPa、32.5GPa 和40.6MPa。

1.3 加載方式

試驗(yàn)加載裝置包括加載梁、反力梁、反力架、作動(dòng)器等，通過上部25t 的作動(dòng)器將豎向荷載施加在板懸挑端部，同時(shí)為了防止板端出現(xiàn)集中加載的情況，在板端部位布設(shè)一加載梁，便于施加往復(fù)豎向荷載。將箱型鋼梁作為支座抬起試件，疊合板現(xiàn)澆梁和箱型梁通過螺栓進(jìn)行固定，避免現(xiàn)澆梁發(fā)生豎向與橫向移動(dòng)。選擇力-位移混合控制法進(jìn)行加載，在力控制過程中，分5 個(gè)階段逐步加載到預(yù)估屈服荷載py，每一階段均循環(huán)1 次，參考試驗(yàn)具體情況確定位移控制階段每級(jí)位移增量Δu 和名義屈服位移Δy。在位移控制過程中，每階段位移增量為Δu，同時(shí)每一階段均循環(huán)1 次，在試樣承載力降低至荷載最大值的80%時(shí)認(rèn)為試樣發(fā)生破壞，如圖2 所示為加載具體示意圖。在試驗(yàn)時(shí)，假定加載方向向上為負(fù)，向下為正。

圖2 試件加載循環(huán)示意圖

2 分析試驗(yàn)結(jié)果

2.1 滯回曲線

試件正、反向滯回曲線在試樣的加載過程中表現(xiàn)出顯著的非對(duì)稱性，正向承載力增大至最大值后基本不變，這是由于端部混凝土梁和現(xiàn)澆板縱筋錨固較為牢固，能夠?qū)摻畹氖芾阅艹浞职l(fā)揮出來(lái)。試件的反向承載力呈現(xiàn)出先增大至最大值，之后快速降低的趨勢(shì)，這是由于端部混凝土梁和預(yù)制板縱筋間的錨固性能較弱，鋼筋脫離混凝土形成滑移現(xiàn)象，未充分發(fā)揮出鋼筋的受拉強(qiáng)度。從圖3 中能夠發(fā)現(xiàn)，不同試樣滯回曲線的滯回環(huán)形狀均為倒S 形，滯回曲線變化趨勢(shì)基本一致，存在顯著的捏攏現(xiàn)象。在梁板相交部位的彎矩不僅受到施加的豎向荷載，同時(shí)還受到混凝土板、鋼墊板和加載梁重量的影響，為了將試樣的滯回曲線更好地反映出來(lái)，故將荷載-位移曲線變換成將自重考慮在內(nèi)的彎矩M-位移角φ 滯回曲線。

圖3 不同連接方式試件彎矩M-位移角φ 滯回曲線

2.2 分析延性和承載力

如圖4 所示為彎矩-位移角骨架曲線，從圖4 中能夠看出，各曲線均可分為4 個(gè)階段，分別為彈性階段、彈塑性階段、塑形發(fā)展階段以及破壞階段。同時(shí)能夠得出試樣的反向峰值承載力小于正向峰值承載力，造成此現(xiàn)象的原因主要為預(yù)制板縱筋錨固能力小于現(xiàn)澆板縱筋的錨固能力，梁對(duì)現(xiàn)澆混凝土板的約束大于預(yù)制板混凝土。構(gòu)件連接方式為斜插筋時(shí)的承載力最大值和出筋連接時(shí)相同，說(shuō)明插筋同樣具有較好的應(yīng)力傳遞效果。對(duì)于不同連接方式的試件，正向承載力最大的為疊合面搭接方式，且其反向承載力要遠(yuǎn)低于其他連接方式的試件，這是由于在正向加載過程中搭接試件的后加筋同樣處在受拉區(qū)，上部現(xiàn)澆板內(nèi)的鋼筋與其一起承受拉力；在反向加載過程中，后加筋與中和軸距離較近且鋼筋直徑較小，整個(gè)受拉過程中參與度不高。連接方式為凹槽連接的試件、斜插筋連接試件以及出筋連接試件的正向承載力最大值大致相同，但前者反向承載力最大值較大，這是由于連接鋼筋和凹槽底板受力鋼筋一起變形受彎造成的。試驗(yàn)過程中不同連接方式試件的位移角和彎矩的變化趨勢(shì)如表1 所示，表1 中屈服彎矩為My，最大彎矩時(shí)的延性系數(shù)、極限位移角、位移角分別為μ、φu、φmax，最大彎矩為Mmax，屈服位移角為φy。

表1 不同連接方式試件各指標(biāo)變化趨勢(shì)表

圖4 不同連接方式試件彎矩-位移角骨架曲線圖

從表1 中能夠得出，端部混凝土和現(xiàn)澆板主筋錨固牢固，且正向承載力在施加5 倍以上的屈服位移時(shí)并未出現(xiàn)顯著降低，故試件正向抵抗變形的能力較強(qiáng)。選擇凹槽連接的試樣，在臨界破壞時(shí)大部分底部混凝土失去作用，此部分混凝土強(qiáng)度降低使得試樣正向承載力明顯減小。當(dāng)板長(zhǎng)一致時(shí)A 試件的反向延性系數(shù)大于B 試件，這是因?yàn)榕c出筋相比，斜插筋的抗剪強(qiáng)度更大，且A 試件的斜插筋能夠提供一個(gè)與板面垂直的應(yīng)力分量，增大了其反向延性系數(shù)。試件連接方式為疊合面鋼筋搭接時(shí)，混凝土和后加筋的錨固效果較好，其反向延性系數(shù)也較高，具有較好的反向延性。同時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)板長(zhǎng)一致時(shí)試件連接方式為凹槽鋼筋連接時(shí)反向延性系數(shù)高于斜插筋和出筋連接的試件。

2.3 剛度退化

如圖5 所示為試件的位移延性系數(shù)μ 和屈服后剛度比r 之間的關(guān)系曲線，從圖5 中能夠發(fā)現(xiàn)，隨著位移延性系數(shù)的提高，試件屈服剛度比呈現(xiàn)出先快速減小后逐漸保持穩(wěn)定的規(guī)律，前期剛度退化速度較快，且不同連接方式的試件的正向剛度比退化趨勢(shì)和速率大致相同。通過對(duì)比能夠得出，不同連接方式試件的反向剛度比退化速度從大到小依次為：凹槽和搭接連接、出筋連接、斜插筋連接。

圖5 不同連接方式試件位移延性系數(shù)μ 和屈服后剛度比r 之間的關(guān)系曲線圖

3 結(jié)論

為了能夠得出性能最好的現(xiàn)澆梁-疊合板連接方式，優(yōu)化構(gòu)件的承載能力，對(duì)比分析了斜插筋連接、出筋連接、凹槽鋼筋連接以及疊合面鋼筋連接這4 種連接類型的現(xiàn)澆梁-疊合板構(gòu)件的滯回曲線，承載能力等性能，主要得出以下結(jié)論：①試件正、反向滯回曲線在試樣的加載過程中表現(xiàn)出顯著的非對(duì)稱性的倒S 形，正向承載力增大至最大值后基本不變，試樣的反向承載力呈現(xiàn)出先增大至最大值，之后快速降低的趨勢(shì)；試件連接方式為斜插筋使得變形延性、承載能力、剛度退化性能均超過出筋連接，這是由于斜插筋能夠提供一個(gè)與板面垂直的應(yīng)力分量，增大了其反向延性系數(shù)和強(qiáng)度。②對(duì)于不同連接方式的試樣，正向承載力最大的為疊合面搭接，這是由于在正向加載過程中搭接試件的后加筋同樣處在受拉區(qū)，上部現(xiàn)澆板內(nèi)的鋼筋與其一起承受拉力，但其反向承載力峰值較小，這是由于在反向加載過程中，后加筋與中和軸距離較近且鋼筋直徑較小，整個(gè)受拉過程中參與度不高。③與斜插筋和出筋連接方式相比，試件連接方式為凹槽鋼筋連接時(shí)的延性、承載能力較好，反向剛度比退化速度較慢，滯回性能較好。