楊雪亮，張彬，李鵬

（山東能源集團(tuán)建工集團(tuán)有限公司上海分公司，上海 200030）

1 前言

隨著現(xiàn)代建筑工程的快速發(fā)展，對(duì)建筑材料的性能要求日益提高，特別是在輕量化、高強(qiáng)度和環(huán)保方面。輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板作為一種新型建筑材料，因其出色的力學(xué)性能和施工便捷性，正逐漸成為工程應(yīng)用的熱點(diǎn)。不僅減輕了建筑自重，提高了施工效率，還在一定程度上降低了建筑成本。本文對(duì)輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板試件的制備及其力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，如圖1 所示。

圖1 輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板示意圖

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)中，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010 和《鋼筋桁架樓承板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》T/CECS 1069-2022 的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)兩組共計(jì)六塊輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板試件，所用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，厚度為110 mm，免拆底模厚度為20 mm，而后澆混凝土層的厚度為90 mm。每塊試件的桁架高度均為70 mm，上下弦鋼筋直徑均為8 mm，腹桿鋼筋直徑為4.5 mm。

將六塊試件分為兩組：A 組和B 組。A 組桁架間距為200 mm，試件編號(hào)為QLH1-QLH3；B 組桁架間距為300 mm，試件編號(hào)為QLH4-QLH6。這種分組設(shè)計(jì)旨在探究桁架間距對(duì)樓板性能的影響。試件尺寸及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1

表1 試件尺寸及設(shè)計(jì)參數(shù)

3 材料性能試驗(yàn)

3.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的目的是評(píng)估輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板在受到軸向壓縮力時(shí)的表現(xiàn)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010 規(guī)定，本試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，其尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。試驗(yàn)中，每組樣品均取三個(gè)試件進(jìn)行測(cè)試，以確保結(jié)果的可靠性。

試驗(yàn)過(guò)程中，將試件放置于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中，施加壓力直至試件破壞。在整個(gè)過(guò)程中，采用閉環(huán)控制方式，確保加載速率恒定。測(cè)試中記錄每個(gè)試件的破壞模式、最大承載力和相應(yīng)的變形量。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度，即破壞時(shí)的最大承載力除以試件的初始橫截面積。

3.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)是為了評(píng)價(jià)輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板在受到拉力時(shí)的性能和強(qiáng)度。本試驗(yàn)遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010 中的相關(guān)規(guī)定，旨在測(cè)定混凝土的直接抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)中使用的試件為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試塊，尺寸為150 mm 直徑和300 mm 高。

試驗(yàn)的過(guò)程中，每個(gè)試件均經(jīng)歷了一個(gè)緩慢增加的拉力直至發(fā)生斷裂。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，每組樣品均進(jìn)行了三次重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)的加載速率保持一致，以確保每個(gè)試件受到相同條件下的拉伸。試驗(yàn)中記錄了試件的破壞模式、最大承載力及其相應(yīng)的伸長(zhǎng)率。

4 試驗(yàn)加載方案

本試驗(yàn)的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地重現(xiàn)樓板在施工階段所承受的荷載條件，特別是考慮到這些樓板在施工期間常常承受均布荷載。為此，選取QLH2 和QLH5 試件進(jìn)行詳細(xì)分析，以代表整個(gè)試驗(yàn)系列。試驗(yàn)中，樓板的兩端分別設(shè)置為固定鉸支座和可動(dòng)鉸支座，以構(gòu)建一個(gè)經(jīng)典的簡(jiǎn)支梁模型。固定鉸支座能夠提供垂直于樓板方向的支撐，同時(shí)允許梁在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而可動(dòng)鉸支座則僅提供垂直方向的支撐，允許梁在水平和垂直方向移動(dòng)。這種設(shè)置旨在模擬實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)中樓板的支撐條件，確保試驗(yàn)結(jié)果能夠真實(shí)地反映樓板在實(shí)際應(yīng)用中的行為。為了模擬施工階段的均布荷載，試驗(yàn)采用大理石塊、涂料袋和散裝砂子作為加載材料。這些材料被均勻地布置在樓板上，以產(chǎn)生連續(xù)且均勻分布的荷載，如圖2 所示。荷載的分布和大小是根據(jù)預(yù)先計(jì)算的樓板設(shè)計(jì)荷載來(lái)確定的，以確保荷載條件與實(shí)際施工階段相符。

圖2 試驗(yàn)加載簡(jiǎn)圖

在加載過(guò)程中，荷載逐漸增加，直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載或樓板發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)破壞。整個(gè)過(guò)程中，使用傳感器和測(cè)量設(shè)備來(lái)記錄樓板的變形、應(yīng)力和其他相關(guān)參數(shù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于分析樓板的承載能力和結(jié)構(gòu)響應(yīng)至關(guān)重要。此外，試驗(yàn)中還特別注意了荷載施加的均勻性和加載速率的控制，以確保試驗(yàn)條件的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。通過(guò)這種細(xì)致入微的試驗(yàn)方案，可以確保得到精確和可靠的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1 試件抗壓強(qiáng)度結(jié)果與分析

每組試件的平均抗壓強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差如表2 所示。

表2 每組試件的平均抗壓強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差

本次試驗(yàn)中，輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出了令人滿意的結(jié)果。如前所述，試件QLH1 至QLH6 的抗壓強(qiáng)度均達(dá)到或超過(guò)了C30 混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（30 MPa），顯示出較高的一致性和可靠性。具體來(lái)看，A 組試件（QLH1 至QLH3）的平均抗壓強(qiáng)度為28.4 MPa，而B(niǎo) 組試件（QLH4 至QLH6）的平均抗壓強(qiáng)度為29.3 MPa。這一差異表明，盡管桁架間距的不同對(duì)抗壓強(qiáng)度有一定影響，但影響程度較小。

從破壞模式來(lái)看，所有試件均顯示出典型的混凝土受壓破壞特征，即沿斜面產(chǎn)生裂縫，最終導(dǎo)致壓碎。這表明了混凝土本身的抗壓性能是樓板承載能力的主要決定因素，而內(nèi)部的鋼筋桁架結(jié)構(gòu)則提供了額外的穩(wěn)定性和支撐。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了細(xì)石混凝土以及鋼筋桁架在預(yù)制混凝土疊合樓板中的重要作用，同時(shí)也證明了該設(shè)計(jì)對(duì)于提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性是有效的。

5.2 試件抗拉強(qiáng)度結(jié)果與分析

每組試件的平均抗拉強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差如表3 所示。

表3 每組試件的平均抗拉強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差

在抗拉強(qiáng)度方面，所有試件的表現(xiàn)也符合預(yù)期。試件QLH1 至QLH6 的抗拉強(qiáng)度均在2.4 至2.6 MPa 范圍內(nèi)，與C30 混凝土的典型抗拉性能相符。這一結(jié)果證明了混凝土疊合樓板在承受拉力時(shí)的良好性能，特別是在考慮到建筑結(jié)構(gòu)中可能遇到的各種拉伸應(yīng)力。

觀察試件的破壞模式，可以發(fā)現(xiàn)主要的破壞形式為沿縱向的裂縫，這表明拉伸應(yīng)力主要集中在混凝土本身，而鋼筋桁架則在其中起到支撐和增強(qiáng)作用。這些觀察結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了鋼筋桁架與混凝土之間良好的粘結(jié)性和協(xié)同作用，有助于提高整體結(jié)構(gòu)的抗拉性能。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，桁架間距對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響同樣不明顯，這表明設(shè)計(jì)中選擇的桁架間距能夠有效地滿足結(jié)構(gòu)性能的要求。無(wú)論是較密的桁架布置（A 組）還是較疏的布置（B 組），都能保證樓板具有足夠的抗拉強(qiáng)度。

6 結(jié)論

輕量化預(yù)制混凝土疊合樓板在抗壓和抗拉方面的良好表現(xiàn)，展示了其在建筑工程中的應(yīng)用潛力。試驗(yàn)結(jié)果不僅驗(yàn)證了樓板設(shè)計(jì)的合理性，也為未來(lái)的樓板設(shè)計(jì)和施工提供了重要的參考數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的深入分析，可以進(jìn)一步優(yōu)化樓板結(jié)構(gòu)，以提高其在實(shí)際應(yīng)用中的性能和可靠性。