【摘要】裝配式建筑應用最廣泛的產品是預制有桁架疊合板。其桁架筋一定程度上提高了構件的剛度和強度。但在實際應用中，帶桁架疊合板經濟效益低下，施工不夠便利，對當前較多小跨度下構件并未產生太大的實際用處，故行業(yè)及企業(yè)開始紛紛對無桁架疊合板構件加以應用推廣。經分析，影響無桁架疊合板平面外剛度及強度的關鍵因素在于接縫面產生裂縫，構件的抗剪承載力不足。為此，針對跨度為3.9 m的大尺寸疊合板進行了理論和試驗研究，結果表明，取消桁架鋼筋對該跨度疊合板受力性能未產生明顯削弱，強度等同現(xiàn)澆構件。

【關鍵詞】去桁架疊合板； 抗彎性能； 極限跨度； 接縫面

【中圖分類號】TU317+.2【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-02-02

［作者簡介］朱禹熹（1993—），女，碩士，助理工程師，研究方向為建筑工程；馬超（1981—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程；王剛（1989—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程；劉海江（1982—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程。

0 引言

目前我省裝配式建筑正處于快速發(fā)展進程之中，2021年4月，省住建廳發(fā)布了《四川省提升裝配式建筑發(fā)展質量五年行動方案》，進一步對裝配式建筑的推進工作提出了明確要求，加大了標準化工作的推動力度，以提升行業(yè)效率、降低市場成本。當前，疊合板產品是我省應用量最大的預制構件，其中有桁架鋼筋混凝土疊合板為市場中主要產品。其主要作用是增加疊合板整體剛度，支撐現(xiàn)澆層穿插鋼筋網片以及加強新舊混凝土交界面的抗剪強度。同時桁架鋼筋可兼做吊環(huán)，滿足現(xiàn)場安裝需要。但與此同時，有桁架鋼筋疊合板帶來的一些缺陷也漸漸顯露。首先是鋼筋用量太高，僅底部預制層的桁架鋼筋含量就在50 kg/m3左右，其次是正常使用階段，桁架鋼筋參與受力的貢獻微小，甚至增加了現(xiàn)場預埋件的安裝難度。種種因素，使得預制疊合板產品的成本居高不下，裝配式建筑的優(yōu)勢難以體現(xiàn)，裝配式市場的推廣產生了較大的局限。

在此基礎上，行業(yè)內開始就小跨度類型構件推廣使用無桁架支撐的鋼筋混凝土疊合板，無桁架疊合板是利用新舊混凝土的接合面進行連接，在施工階段可省去模板和支撐，同時又能承受后澆混凝土及施工荷載; 使用階段預制部分與后澆部分形成整體共同受力［1］。省去桁架鋼筋以后的疊合板，可實現(xiàn)標準化生產，成本大大降低，同時減輕了現(xiàn)場的安裝強度，具備諸多優(yōu)勢。各地專業(yè)學會也積極推廣了團體標準圖集，為減少或取消桁架鋼筋的配置提供依據。但以上研究大多針對跨度3 m以內的小型疊合板構件展開，因此為了進一步優(yōu)化疊合板的生產制造，推進行業(yè)的健康發(fā)展，促進建筑業(yè)正向轉型，本文針對跨度大于3 m的大尺寸疊合板進行了理論和試驗研究，以此為無桁架疊合板構件的推廣提供一定的受力參考依據。

1 疊合板受力性能分析

1.1 抗彎性能分析

在鋼筋混凝土受力結構中，針對框架結構，樓板自身平面內的剛度假定為無限大（剛性樓板假定），可協(xié)調各豎向構件的變形，則樓板主要承受的荷載為面外荷載。對比無桁架鋼筋混凝土疊合板與現(xiàn)澆式整體樓板的結構形式，主要差異在于后者是整體澆筑而成，而無桁架疊合板中存在明顯的新舊混凝土交界面，兩層混凝土通過粗糙面連接在一起［2］。

假設樓板在承受面外荷載時，疊合層和預制層之間的剪應力過大，造成無桁架疊合板在接封面產生水平裂縫，則構件的整體性能將大打折扣，疊合層不再與預制層構成整體，共同工作［3］。參照材料力學計算無桁架疊合板的截面慣性矩可知，開裂前樓板的截面慣性矩為1/12bh3，b為樓板的寬度，h為樓板的厚度，開裂后樓板的截面慣性矩僅為1/12bh31+1/12bh32。假設疊合層和現(xiàn)澆層厚度一致，可推出當交界面產生裂縫，無桁架疊合板截面慣性矩將變?yōu)殚_裂前的1/4，無桁架疊合板平面外剛度及強度會大大降低［4］。因此，疊合層是否出現(xiàn)水平裂縫是影響無桁架疊合板受力性能的關鍵因素。

為全面了解疊合板在取消桁架鋼筋以后的受力性能是否滿足正常使用狀態(tài)下的承載需求，杜絕安全隱患，我們從理論計算和試驗研究兩方面入手，開展了對無桁架疊合板的面外抗彎性能研究。

1.2 無桁架疊合板極限跨度計算

筆者公司主編的團體標準T/SSACE007-2020《居住建筑疊合板標準底板圖集》和參編的CD2019-PC001-TY《住宅鋼筋混凝土疊合板標準底板》中，現(xiàn)已對板跨不超過3 m的樓板給出了無需設置桁架鋼筋的做法，但該跨度取值較為保守，可實現(xiàn)經濟效益有限。

從無桁架疊合板的抗彎性能分析中得知，如若需要保證樓板的平面外剛度及強度，必須保證混凝土現(xiàn)澆層和預制層的接縫抗剪承載力不超過規(guī)范要求的最大值。因此，首先從理論計算入手，考慮在極限剪應力狀態(tài)下，可取消桁架鋼筋的疊合板跨度最大值［5］。

根據GB 50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》H.0.4［6］的規(guī)定，疊合板疊合面抗剪強度計算公式為式（1）。

V/（bh0）≤0.4 MPa（1）

式中：V為剪力設計值，b為截面寬度，h0為截面有效高度。

假設最大剪應力0.4 MPa為無桁架疊合板此時受到的剪應力。無桁架疊合板根據實際構件常用尺寸取預制層厚度為60 mm，現(xiàn)澆層厚度為70 mm，則構件橫截面有效高度h0通過計算可得為100 mm 。再根據上述根據公式推出得式（2）。

V=0.4bh0=40 kN（2）

居住建筑中，樓板的活荷載通常取2 kN/m2［7］，恒荷載為樓板自重，影響因素主要有樓板厚度、表面做法、材料等等，為使計算結果具備參考性和實用性，結合實際工程項目參考資料，無桁架疊合板交界面抗剪承載力計算時的恒荷載取5 kN/m2，計算可得樓面荷載設計值為式（3）。

1.2×3.5+1.4×2=7 kN/m2（3）

簡化計算的邊界條件設置為兩邊簡支，取寬度為1 m的板帶進行計算。此邊界條件對比實際工程中樓板的邊界條件更加不利，因此計算的剪力值偏大。將上述計算得到的樓面荷載值均布于跨度為Lmax的疊合板表面見式（4）。

Lmax=V7=5.71 m（4）

由此可見，理論計算工況下，無桁架混凝土構件跨度在不超過5.7 m的范圍內均能保證其疊合面抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

2 疊合板抗彎性能試驗概況

2.1 試件設計

通過上述計算，已得知無桁架疊合板保證抗剪承載力的極限跨度值。但除去考慮取消桁架鋼筋帶來的經濟效益，還應多方考慮疊合板的生產效率和安裝便利性。因此通過綜合考量，試驗研究中，我們取構件設計尺寸為3.9 m×1.5 m，混凝土強度等級C30。構件預制底板層厚度60 mm，待底板強度達到設計強度的80%后，再澆筑上部疊合層，疊合層厚度70 mm。試件縱、橫向鋼筋網布置均采用直徑8 mmHRB400級鋼筋，縱向受力鋼筋8@200 mm，橫向受力鋼筋8@250 mm，鋼筋保護層厚度為15 mm。試件尺寸及配筋情況見圖1。

2.2 邊界條件及加載程序

本次試驗邊界條件為兩邊簡支，支座間凈間距為3.8 m。加載方式采用跨中兩點放置型材，頂部通過預制鋪裝板與型材分布堆疊的方式分級彎曲加載，鋪裝板質量為600 kg，鋼型材質量為80 kg。試件跨度分區(qū)從左至右分別為1.25 m、1.3 m、1.25 m。構件開裂前，單次堆載重量不超過0.25 t，構件開裂后單次堆載不超過0.1 t。堆載時，堆載物均勻布置在預制鋪裝板上部，且應輕放到構件上，避免過程中產生沖擊荷載或發(fā)生沖擊破壞。當構件出現(xiàn)可判定構件達到極限承載力的破壞形態(tài)時，停止加載。加載裝置示意見圖2（a），試驗加載現(xiàn)場情況見圖2（b）。

2.3 測定方案

本次試驗構件極限狀態(tài)判定方式為3種情況：①受拉鋼筋拉斷；②受壓區(qū)混凝土壓碎；③疊合面產生分離。發(fā)生其一，則可判定為構件破壞，停止加載。施加荷載大小通過測量堆載的質量進行測定。

開裂情況主要通過肉眼觀察，并拍照留底，構件開裂時記錄構件的開裂荷載。

跨中撓度通過百分表進行測量，測量時分別在跨中和支座處布置百分表，跨中撓度等于跨中百分表的讀數減去支座處百分表讀數的平均值。每完成一級加載讀數一次。

接縫面的滑移情況通過肉眼觀察進行評定。試件加載前，利用鉛筆在構件的側邊繪制垂直于構件平面的直線，直線間距為300 mm。試驗時通過觀察側面的直線有無錯位判定構件接縫面是否存在滑移現(xiàn)象。

3 試驗結果及其分析

3.1 試驗現(xiàn)象

試驗起始加載荷載為4 kN，百分表首次讀數撓度為0.366 mm。為使構件盡快達到屈服狀態(tài)，在不超過計算開裂荷載的前提下，應盡可能使加載值靠近開裂荷載理論值，構件理論計算開裂荷載為13.8 kN。故第二次疊加荷載為9.6 kN，累計荷載13.6 kN。為更好地觀察無桁架疊合板的開裂形態(tài)和裂縫發(fā)展，從第三次分級加載起，均以0.8 kN的固定增加值進行分級加載，直至構件出現(xiàn)裂縫。根據試驗現(xiàn)象得到，當累計加載荷載達到16 kN時，試件出現(xiàn)第一條裂縫，裂縫寬度為0.004 mm，如圖3（a）所示。第一條裂縫出現(xiàn)區(qū)域為構件跨中部位底部受壓區(qū)，從構件邊緣向內部呈擴散趨勢。

構件出現(xiàn)裂縫后，為盡快達到極限承載強度（構件極限狀態(tài)荷載計算值為24.9 kN），試驗改變分級加載強度，以6 kN為固定增加值繼續(xù)加載，無桁架疊合板底部加載區(qū)裂縫數量逐漸增多，裂縫寬度變大，長度呈貫通發(fā)展趨勢，如圖3（b）所示。

當加載到50 kN時，無桁架疊合板發(fā)生破壞，如圖3（c）所示。此時觀測構件底部，測得最大裂縫寬度為2 mm，長度貫通，裂縫形式為垂直于樓板長邊的彎曲形裂縫。水平接縫面粘結良好，無開裂、滑移現(xiàn)象。試件所承受的荷載已達到計算荷載的2倍以上。

3.2 荷載-撓度曲線

將試驗過程中記錄的加載荷載和構件產生的豎向撓度繪制成曲線如圖4所示。可以看出，無桁架疊合板的荷載-撓度曲線滿足鋼筋混凝土構件受彎狀態(tài)下的力學特征。可大致分為三段：開裂前、開裂后受拉鋼筋屈服前、受拉鋼筋屈服后。由此可見，無桁架鋼筋疊合板的剛度和承載力與現(xiàn)澆

混凝土樓板受力性能趨于一致，設計時完全可參照現(xiàn)澆樓板進行設計。

4 結論

本文針對跨度3.9 m的大尺寸疊合板進行了理論和試驗研究。通過計算無桁架疊合板承受最大剪應力工況下對應的跨度值，得到取消桁架鋼筋的疊合板理想最大跨度。再結合實際工程需要進行試驗加載，研究不同荷載情況下樓板的平面外抗彎性，得出結論：

（1）理論計算和試驗研究均表明，跨度為3.9 m的無桁架疊合板在正常使用狀態(tài)下，預制層與現(xiàn)澆層結合良好，構件整體性能不受交界面影響，破壞時未產生滑移。

（2）無桁架鋼筋混凝土疊合板受彎狀態(tài)下的力學性能與現(xiàn)澆鋼筋混凝土構件基本一致，設計時可參照現(xiàn)澆樓板設計。

參考文獻

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［5］ 馬祥林. 桁架鋼筋混凝土疊合板的受力性能研究［D］.東南大學，2017.

［6］ 混凝土結構設計規(guī)范： GB 50010-2010［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2015.

［7］ 建筑結構荷載規(guī)范： GB 50009-2010［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2012.