基于性能設(shè)計(jì)的疊合板承載力試驗(yàn)研究

張 軼

（棗莊學(xué)院 城市與建筑工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

本文研究的基于性能設(shè)計(jì)的疊合板是在傳統(tǒng)疊合板[1]的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，是一種帶多功能限位器的預(yù)制疊合底板，即將一塊矩形鋼板制作成由上表面、下表面、U型凹槽和連接體四部分組成的多功能限位器預(yù)埋在疊合底板中.多功能限位器上下表面的距離能精確控制墻板厚度，鋼筋的位置為多功能限位器上的U型凹槽的位置，中間為連接體，這樣無(wú)論現(xiàn)澆或預(yù)制，都能精確控制保護(hù)層厚度和鋼筋位置，從而可以取代傳統(tǒng)的馬蹬鐵和墻體拉結(jié)筋，并且多功能限位器還加強(qiáng)了上下層鋼筋的連接，提高了墻板的整體受力性能，并且還提高了疊合構(gòu)件疊合面的抗剪強(qiáng)度，可做抗剪鍵.本文就是將這種基于性能設(shè)計(jì)的疊合板與傳統(tǒng)疊合板進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究.

1 試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與制作

本次試驗(yàn)的兩塊試件板的板高均為130mm，板寬均為880mm，跨度均為3880mm，其中DB-1為無(wú)拼縫傳統(tǒng)疊合板，內(nèi)部未設(shè)置多功能限位器；DB-3為設(shè)置多功能限位器的基于性能設(shè)計(jì)的疊合板，拼縫兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置多功能限位器，并且拼縫處加設(shè)多功能限位器與拼縫處構(gòu)造鋼筋形成空間桁架.預(yù)制底板混凝土和后澆層混凝土都采用強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土，受力主筋為6根直徑為12mm的二級(jí)鋼，，構(gòu)造筋為直徑為5mm的一級(jí)鋼，混凝土保護(hù)層厚度[2]為均15mm，兩試件配筋、拼縫構(gòu)造措施、多功能限位器及施工照如圖1所示.

圖1 試件詳圖

2 疊合板試驗(yàn)

2.1 加載方法及量測(cè)方法

鋼筋應(yīng)變片粘貼：在傳統(tǒng)疊合板（DB-1)純彎段內(nèi)，板底部縱向受拉鋼筋中點(diǎn)處貼鋼筋應(yīng)變片；在基于性能設(shè)計(jì)的疊合板（DB-3）拼縫處左側(cè)下部受拉鋼筋處粘貼鋼筋應(yīng)變片.

混凝土應(yīng)變片粘貼：在跨中混凝土表面按三等分點(diǎn)原則布置四個(gè)混凝土應(yīng)變片，分別為壓區(qū)頂面一點(diǎn)、拉區(qū)底面一點(diǎn)、中間兩點(diǎn).

本文靜力對(duì)比試驗(yàn)采用正位加載試驗(yàn)[3]，在試驗(yàn)時(shí)，試件板一端底部設(shè)置滾動(dòng)鉸支座支撐，另一端底部設(shè)置不動(dòng)鉸支座支撐.加載方法采用兩個(gè)集中荷載來(lái)等效均布荷載，即等效荷載法.即在跨度三分點(diǎn)位置設(shè)置兩個(gè)相等的集中荷載來(lái)完成新型疊合板的加載試驗(yàn).圖2為試驗(yàn)加載模型及試驗(yàn)裝置.

圖2 試驗(yàn)加載模型及實(shí)驗(yàn)裝置

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象

當(dāng)試件DB-1開(kāi)始受力以后，其應(yīng)力和變形只是略有增加，此時(shí)通過(guò)裂縫測(cè)寬儀仔細(xì)觀察試件板底面與側(cè)面是否出現(xiàn)裂縫，當(dāng)加載到10KN荷載值并持續(xù)10min后，通過(guò)裂縫測(cè)寬儀發(fā)現(xiàn)了第一條裂縫出現(xiàn)在板底，這時(shí)第一條裂縫與試件寬度方向大致平行且寬度較細(xì)，此時(shí)，10KN為DB-1的實(shí)測(cè)開(kāi)裂荷載.此后，裂縫數(shù)量隨著荷載繼續(xù)加大也在繼續(xù)增多，并且裂縫也開(kāi)始沿試件板的側(cè)面向上發(fā)展且向著試件支座處繼續(xù)增多，而板底的裂縫也在沿著試件跨度方向繼續(xù)增多，裂縫由跨中向板的兩支座端大致成對(duì)稱發(fā)展，而試件DB-3在開(kāi)裂前與DB-1變形基本一致，當(dāng)荷載加到10KN并持載一段時(shí)間后在板底出現(xiàn)第一條裂縫，此時(shí)，10KN也為DB-3的實(shí)測(cè)開(kāi)裂荷載.隨著繼續(xù)加載，裂縫增多，裂縫均在拼縫兩側(cè)處產(chǎn)生，拼縫處未出現(xiàn)裂縫，裂縫也由拼縫處兩側(cè)向試件兩端方向發(fā)展，當(dāng)達(dá)到極限荷載時(shí)，拼縫處只出現(xiàn)較小裂縫未出現(xiàn)大裂縫，且寬度較小，發(fā)展緩慢.

根據(jù)鋼筋拉伸性能試驗(yàn)，實(shí)測(cè)受拉鋼筋的彈性模量為2.0×105N/mm2，屈服強(qiáng)度為415N/mm2，相應(yīng)的鋼筋屈服應(yīng)變?yōu)?.00205.在正式試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)試件DB-1加載到38kN荷載時(shí)其受拉鋼筋的平均應(yīng)變超過(guò)了屈服應(yīng)變，荷載加到44.1kN時(shí)受拉鋼筋的應(yīng)變達(dá)到0.01，此時(shí)荷載值為試件DB-1的極限荷載[4]；當(dāng)試件DB-3加到46kN荷載時(shí)其受拉鋼筋的平均應(yīng)變超過(guò)了屈服應(yīng)變，荷載加到52.6kN時(shí)受拉鋼筋的應(yīng)變達(dá)到0.01，此時(shí)荷載值為試件DB-3的極限荷載.根據(jù)上述對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象的描述以及確定實(shí)測(cè)開(kāi)裂荷載值和極限荷載值的方法，得出以下實(shí)測(cè)荷載值，如表1所示.

表1 各試件板的實(shí)測(cè)開(kāi)裂荷載值和極限荷載值

各試件板受拉鋼筋的實(shí)測(cè)荷載—應(yīng)變關(guān)系曲線如圖3、4所示.

圖3 DB-1板受拉鋼筋的荷載—應(yīng)變曲線圖

圖4 DB-3板受拉鋼筋的荷載—應(yīng)變曲線圖

圖5 、6為各試件板跨中四處混凝土應(yīng)變片的實(shí)測(cè)荷載—應(yīng)變曲線.

圖5 DB-1板側(cè)面混凝土荷載—應(yīng)變曲線

圖6 DB-3板側(cè)面混凝土荷載—應(yīng)變曲線

從圖5、6中可以看出，在混凝土開(kāi)裂前，兩試件板C、D點(diǎn)的混凝土應(yīng)變非線性變化均較小且應(yīng)變值也較小，當(dāng)混凝土開(kāi)裂后，C、D點(diǎn)的混凝土應(yīng)變非線性變化較大且都有較大幅度增長(zhǎng)，尤其D點(diǎn)混凝土應(yīng)變更發(fā)生突變.當(dāng)荷載加到18KN時(shí)，試件DB-1的D點(diǎn)混凝土拉應(yīng)變顯示為789個(gè)微應(yīng)變，隨著荷載繼續(xù)增大到22KN時(shí)，D點(diǎn)混凝土應(yīng)變片的讀數(shù)為10000，即儀器的滿量程，應(yīng)變片被拉斷，繼續(xù)加載到34KN時(shí)，C點(diǎn)的混凝土拉應(yīng)變?yōu)?489個(gè)微應(yīng)變，當(dāng)荷載達(dá)到38KN時(shí)，C點(diǎn)混凝土應(yīng)變片的讀數(shù)為10000，應(yīng)變片被拉斷；當(dāng)試件DB-3荷載加載到實(shí)測(cè)極限荷載52.6KN時(shí)，試件DB-3的D點(diǎn)混凝土應(yīng)變片未被拉斷，應(yīng)變顯示為617個(gè)微應(yīng)變.

3 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象可以看出DB-3拼縫處D點(diǎn)的混凝土應(yīng)變片未被拉斷而且其承載力高于試件DB-1的承載力，這說(shuō)明拼接板拼縫處的構(gòu)造措施是合理有效的，拼縫處的構(gòu)造措施是通過(guò)兩側(cè)預(yù)留鋼筋相互搭接一定長(zhǎng)度，然后彎起至后澆混凝土層頂部，然后再在兩根彎起的頂部鋼筋中間搭接一根連接筋，從而形成了一個(gè)類似鋼結(jié)構(gòu)的空間桁架，而試件DB-3更在空間桁架中加設(shè)了一個(gè)多功能限位器，更加大大增強(qiáng)了空間桁架的受力性能，從而對(duì)提高拼接疊合板的承載能力是有利的，實(shí)現(xiàn)了使薄弱處變成較強(qiáng)處的設(shè)計(jì)目的，這正是多功能限位器的使用加強(qiáng)了疊合面的抗剪強(qiáng)度[5]，增強(qiáng)了疊合板的整體性和剛度，間接提高了疊合板的承載力.

4 結(jié)論

（1）基于性能設(shè)計(jì)的疊合板采取的拼縫構(gòu)造措施（鋼筋空間桁架）能夠?qū)崿F(xiàn)拼縫處無(wú)縫連接，保證了拼縫有效的傳遞彎矩，提高了拼接疊合板的承載能力.

（2）拼縫處鋼筋空間桁架是影響拼接疊合板受彎承載力的一個(gè)重要因素，可以通過(guò)改進(jìn)鋼筋空間桁架強(qiáng)度使傳力更加有效，更深一步的開(kāi)發(fā)拼接疊合板的承載潛力.

（3）試驗(yàn)中的傳統(tǒng)疊合板在疊合面出現(xiàn)了一些微小的水平裂縫，而基于性能設(shè)計(jì)的疊合板未在疊合面出現(xiàn)裂縫，說(shuō)明多功能限位器加強(qiáng)了疊合板的整體性，保證了疊合面的抗剪強(qiáng)度

（4）試驗(yàn)結(jié)果證明了增強(qiáng)式拼縫是合理有效的，實(shí)現(xiàn)了拼縫處無(wú)縫連接，因此拼接疊合板以及按雙向受力設(shè)計(jì)的疊合板均可以廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中.并且這種新型疊合板具有方便施工、節(jié)省模板、精確控制混凝土保護(hù)層厚度，定位鋼筋位置，提高施工質(zhì)量、縮短工期等方面的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該在實(shí)際工程中大力推廣和應(yīng)用.

〔1〕周旺華.現(xiàn)代混凝土疊合結(jié)構(gòu)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出社,1998.12-180.

〔2〕GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

〔3〕GB50152—92.混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

〔4〕聶建國(guó),陳必磊,陳戈,等.鋼筋混凝土疊合板的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑,2003,33(12):43-46.

〔5〕孫世泉.混凝土疊合構(gòu)件界面抗剪性能研究[D].重慶:重慶交通大學(xué)，2007.6-42.