24 m跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙T 板力學(xué)性能研究

劉士潤 徐永樂 孫德勝

(大連理工現(xiàn)代工程檢測有限公司，遼寧大連 116023)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有抗裂性好，剛度大，可以節(jié)省材料，減少自重等優(yōu)點(diǎn)。與鋼結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有用鋼量少，防火性和防腐性好，同時維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。因此在建造跨度較大，但一般不超過30 m跨的禮堂、會議室和工業(yè)廠房中，預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板被廣泛采用。但預(yù)應(yīng)力混凝土對施工工藝要求較高，如控制不好容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。由于張拉力很大，放張時對混凝土產(chǎn)生很大的壓力，將產(chǎn)生反拱，并易在端部受壓區(qū)產(chǎn)生水平裂縫，在端部上表面混凝土產(chǎn)生裂縫。

在實(shí)際的工作中，就遇到了24 m預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板端部受壓區(qū)產(chǎn)生水平裂縫，或在端部上表面混凝土產(chǎn)生裂縫。為檢驗(yàn)該批24 m預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板(以下簡稱“雙T板”)的力學(xué)性能是否能夠滿足使用要求，現(xiàn)場抽取一塊雙T板進(jìn)行了加載試驗(yàn)，對其受力性能進(jìn)行研究。

1 雙T板構(gòu)造

混凝土強(qiáng)度等級為C45，鋼絞線采用φ12.7，截面積為98.7 mm2，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 N/mm2，彈性模量為1.95×105N/mm2，張拉控制應(yīng)力σcon=0.7fptk，單根鋼絞線的張力控制力為128.51 kN，截面尺寸及鋼絞線布置如圖1所示。該雙T板端部受壓區(qū)肋板側(cè)面出現(xiàn)細(xì)微水平裂縫，縫寬約0.05 mm。

圖1 雙T板截面尺寸及鋼絞線布置

2 測量儀器布置及加載方式

2.1 測量儀器布置

預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板東西兩個肋板跨中分別放置1個百分表(同時放置1個位移計)，南側(cè)支座放置2個百分表，北側(cè)支座放置2個百分表，測量雙T板肋板跨中變形(上述東西南北方位，按試驗(yàn)時雙T板的放置位置確定)。百分表具體位置見圖2，圖3。

圖2 百分表布置

2.2 加載值計算

根據(jù)該廠房設(shè)計圖紙雙T板的恒荷載(不含板自重)標(biāo)準(zhǔn)值合2.030 kN/m2。雙T板自重約為202 kN，合3.510 kN/m2;雙 T板的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.500 kN/m2。則荷載準(zhǔn)永久標(biāo)準(zhǔn)組合值:2.030+3.510=5.540 kN/m2。荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值:2.030+3.510+0.500=6.040 kN/m2。荷載基本組合值:1.2 × (2.030+3.510)+1.4 ×0.500=7.348 kN/m2。

2.3 加載分級

選用磚進(jìn)行堆載，共分11級進(jìn)行加載。稱取10塊磚，單磚重量平均值為2.72 kg。前5級，每級加860塊磚，合0.406 kN/m2，第5級荷載與樓板自重之和為5.540 kN/m2;后第6級和第7級，每級加530塊磚，合0.250 kN/m2，第7級荷載與樓板自重之和為6.040 kN/m2;后第8 級到第11 級，每級加712 塊磚，合0.336 kN/m2，第11級荷載與樓板自重之和為7.348 kN/m2。加載情況見圖4。

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

圖3 跨中百分表和位移計

圖4 板面加載情況

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

在前7級荷載作用下，雙T板東、西側(cè)肋板均未開裂，跨中撓度與荷載基本呈線性關(guān)系。在第8級荷載作用下，雙T板東西肋板開裂，東側(cè)肋板跨中附近最寬處裂縫，距底部70 mm處裂縫寬度為0.03 mm;距底部300 mm處裂縫寬度為0.08 mm(該裂縫最大寬度)，長度為410 mm。在第11級荷載作用下，該裂縫繼續(xù)開展，距底部70 mm處裂縫寬度為0.10 mm;距底部300 mm處裂縫寬度為0.24 mm(該裂縫最大寬度)，長度為470 mm。在第8級荷載作用下，西側(cè)肋板跨中附近最寬處裂縫，距底部70 mm處裂縫寬度為0.02 mm;距底部380 mm處裂縫寬度為0.04 mm(該裂縫最大寬度)，長度為450 mm。在第11級荷載作用下，該裂縫繼續(xù)開展，距底部70 mm處裂縫寬度為0.04 mm;距底部380 mm處裂縫寬度為0.22 mm(該裂縫最大寬度)，長度為480 mm。在肋板中部的裂縫寬度大于下部的裂縫寬度，是因?yàn)橄虏夸摻g線有效的限制了混凝土裂縫集中開展，使其開展較均勻。中部因無鋼絞線裂縫未受到有效限制，開展較集中，因此裂縫較寬。整個加載過程中，該雙T板端部受壓區(qū)肋板側(cè)面出現(xiàn)水平裂縫始終未開展。卸載后，雙 T板向上回彈，東側(cè)肋板的跨中的殘余變形為14.97 mm，西側(cè)肋板的跨中的殘余變形為13.69 mm，跨中附近的裂縫基本閉合。

3.2 荷載撓度曲線

雙T板東、西側(cè)肋板荷載—跨中撓度曲線分別見圖5，圖6。由圖5和圖6可知，在前7級荷載作用下，雙T板東、西側(cè)肋板開裂前，跨中撓度與荷載基本呈線性關(guān)系。在第8級荷載作用下，雙T板東、西側(cè)肋板開裂。雙T板東、西側(cè)肋板剛度均下降，分別為開裂前的27.6%和28.5%，表明雙T板在開裂后剛度將降低。

圖5 雙T板東側(cè)肋板荷載—跨中撓度曲線

3.3 撓度計算

1)雙T板自重和預(yù)應(yīng)力作用下。東側(cè)肋板的反拱值為59.00 mm(向上)。西側(cè)肋板的反拱值為60.00 mm(向上)。2)雙T板上部恒載作用下(2.03 kN/m2不含板自重)。東側(cè)肋板的跨中變形為40.30 mm(向下)。西側(cè)肋板的跨中變形為40.21 mm(向下)。則在雙T板自重、預(yù)應(yīng)力和樓板上部恒載作用下:東側(cè)肋板的跨中撓度為:59.00－40.30=18.70 mm(向上)。西側(cè)肋板的跨中撓度為:60.00－40.21=19.79 mm(向上)。3)雙 T 板的活荷載(0.50 kN/m2)作用下變形?？紤]活荷載的作用次序，選擇第5級與第7級的變形進(jìn)行差值，計算得到:東側(cè)肋板的跨中變形為11.17 mm(向下)。西側(cè)肋板的跨中變形為11.07 mm(向下)。綜上所述，根據(jù)GB 50152-2012混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，考慮長期荷載作用對撓度增大的影響系數(shù)θ=2，則雙T板的撓度為:東側(cè)肋板的跨中撓度為:18.70×2 －11.17=26.23 mm(向上)。西側(cè)肋板的跨中撓度為:19.79 ×2 －11.07=28.51 mm(向上)。

圖6 雙T板西側(cè)肋板荷載—跨中撓度曲線

4 結(jié)語

1)在第7級荷載作用下，荷載值為2.530 kN/m2(與樓板自重之和為6.040 kN/m2，與荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值相等)，該雙T板跨中未出現(xiàn)裂縫，滿足GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的二級受力裂縫控制等級的要求。根據(jù)分級加載的實(shí)測結(jié)果、預(yù)應(yīng)力和荷載的長期作用效應(yīng)，該雙T板在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值作用下，東側(cè)肋板的跨中撓度為26.23 mm(向上)，西側(cè)肋板的跨中撓度為28.51 mm(向上)，滿足GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的撓度要求。2)在第11級荷載作用下，荷載值為3.874 kN/m2(與樓板自重之和為7.348 kN/m2，與荷載基本組合值相等)，東側(cè)肋板和西側(cè)肋板的跨中受拉主筋處最大裂縫寬度分別為0.10 mm和0.04 mm，均小于1.5 mm;東側(cè)肋板和西側(cè)肋板的跨中撓度分別為 137.15 mm 和 136.88 mm，均小于 480 mm(24 000/50=480 mm)，表明承載力滿足設(shè)計要求。3)整個加載過程中，該雙T板端部受壓區(qū)肋板側(cè)面出現(xiàn)水平裂縫始終未開展。卸載后，雙T板向上回彈，東側(cè)肋板的跨中的殘余變形為14.97 mm，西側(cè)肋板的跨中的殘余變形為13.69 mm，跨中附近的裂縫基本閉合。

綜上所述，該肋板端部受壓區(qū)產(chǎn)生水平裂縫的24 m預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)滿足GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的設(shè)計要求。

[1] GB 50152-2012，混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[4] 東北地區(qū)建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化辦公室編制.DYG 2003-08圖集[Z].