不同型式拼接疊合板承載性能試驗(yàn)研究

凌 茹，周海超

（1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，合肥 231603；2.安徽中亞鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司，合肥231603）

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不同型式拼接疊合板承載性能試驗(yàn)研究

凌 茹1，周海超2

（1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，合肥 231603；2.安徽中亞鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司，合肥231603）

摘要：通過對1塊普通混凝土板、1塊拼接疊合板和1塊加強(qiáng)拼接疊合板進(jìn)行靜力載荷破壞性試驗(yàn)，深入研究各試件的破壞特性、承載能力、變形能力及剛度等，并將3塊板進(jìn)行對比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，在拼接縫處有可靠的連接構(gòu)造情況下，拼接疊合板的承載能力較普通現(xiàn)澆板要明顯提高，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：拼接疊合板；拼縫；承載力；變形

0引言

近年來，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，建立一個節(jié)約型住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)體系顯得很有必要，這就要求我們必須走一條在技術(shù)上打破常規(guī)的新型工業(yè)化發(fā)展道路，避免傳統(tǒng)建造體系下的機(jī)械化程度偏低，工期長且污染嚴(yán)重等一系列缺點(diǎn)［1-2］。疊合結(jié)構(gòu)正是一種滿足住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求，集現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)于一體的結(jié)構(gòu)形式，本文在十七冶項(xiàng)目部通過試驗(yàn)研究［3-4］拼接疊合板承載能力和破壞特性［5-6］。

1 試驗(yàn)概況

本文主要研究采用了1塊現(xiàn)澆板和2塊疊合板進(jìn)行對比試驗(yàn)，且3塊板截面尺寸完全一樣，均為長3880mm，寬880mm，厚130mm。文中疊合板試件采用C30（fcu=32.9 Mpa）混凝土，縱向受拉鋼筋為6B12、分布鋼筋為B6，拼縫處的構(gòu)造筋為A5@ 200。現(xiàn)澆板配筋如圖1。

圖1 現(xiàn)澆混凝土板

2塊疊合板的制作如圖2、3所示，其中板的配筋率不同，其余尺寸均相同，后澆混凝土C30厚70mm，總厚130mm，拼接處的鋼筋及伸入兩側(cè)預(yù)制部分錨固長度如圖所示。試件選用的C30混凝土，水泥采用42.5級硅酸鹽水泥，砂子采用中砂，石子采用碎石，計(jì)算出相應(yīng)的配合比［7］?；炷翝仓戤吅?，自然養(yǎng)護(hù)28天測定C30抗壓強(qiáng)度為30.5MPa。

圖2 單拼接疊合板

圖3 加強(qiáng)拼接疊合板

2 試驗(yàn)裝置及加載程序

2.1 試驗(yàn)裝置

如圖4所示為本次試驗(yàn)加載裝置，本次試驗(yàn)采用在試件的三等分點(diǎn)處加兩個集中荷載，采用千斤頂—分配梁系統(tǒng)的加載方式。試驗(yàn)時將鋼筋混凝土板兩端等同簡支方式置于鋼墩上，為了便于觀測裂縫和撓度，鋼墩高500mm、厚400mm，試驗(yàn)用液壓手動千斤頂施加力，用傳感器測定力的大小，并在正式試驗(yàn)前在實(shí)驗(yàn)室液壓實(shí)驗(yàn)機(jī)上標(biāo)定力傳感器和力顯示器。

圖4 試件試驗(yàn)加載裝置圖

2.2 加載程序

試驗(yàn)第一階段作為預(yù)加載試驗(yàn)程序，第二階段作為主要加載試驗(yàn)程序。預(yù)加載階段所用的荷載一般是分級荷載的1～2級。在試驗(yàn)中，必須準(zhǔn)確控制施加的預(yù)加載值，主要是因?yàn)榈玫降幕炷猎嚰脑囼?yàn)數(shù)據(jù)離散型偏大。預(yù)載值的荷載為開裂荷載計(jì)算值的60%。

依據(jù)前面實(shí)際測得C30鋼筋混凝土強(qiáng)度，將現(xiàn)澆板和加載設(shè)備的自身重量考慮進(jìn)去，可以計(jì)算得到現(xiàn)澆混凝土板達(dá)到開裂時的荷載為8kN，試件達(dá)到極限狀態(tài)時的荷載為45.2kN；加強(qiáng)拼接疊合板的開裂荷載為8kN，極限荷載50kN；單拼接板的開裂荷載為8kN，極限荷載為46kN。由此可以確定試驗(yàn)的加載值，當(dāng)時間還沒有裂縫時，每級的增量采用2kN；當(dāng)構(gòu)件開裂后采用每級增量為4kN的加載值，直至出現(xiàn)破壞標(biāo)志。在試驗(yàn)中，我們應(yīng)該嚴(yán)格按照統(tǒng)一的要求選擇每級需要加載或卸載需要作用的時間大小。因?yàn)樵诩虞d這段作用時間內(nèi)，構(gòu)件的裂縫和變形會隨著作用時間長短而發(fā)生變化。因此，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意等應(yīng)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后才能進(jìn)行下一級的荷載加載。本試驗(yàn)根據(jù)實(shí)際操作以及以往經(jīng)驗(yàn)確定加載以及卸載的持續(xù)作用時間為十分鐘。結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的受力性能好壞的一個重要指標(biāo)是在荷載作用消失后所產(chǎn)生的殘余變形。因?yàn)?，在試?yàn)中，我們就需要得到卸載以后試件產(chǎn)生殘余變形的相關(guān)數(shù)據(jù)。全部荷載卸除后，應(yīng)經(jīng)歷一段空載時間，在這段時間內(nèi)，測量結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)的數(shù)據(jù)。

當(dāng)混凝土開始產(chǎn)生裂縫后，每級加載的荷載值要相應(yīng)減少為構(gòu)件極限荷載值的10%，當(dāng)達(dá)到極限荷載值的90%時，此時每級加載的荷載值降為該值的5%直至到構(gòu)件破壞為止。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象描述

現(xiàn)澆板：當(dāng)荷載持續(xù)加載到8kN時，板件開始并未出現(xiàn)裂縫，荷載增加至10kN時跨中板底出現(xiàn)第一條裂縫，隨著荷載穩(wěn)步增加，裂縫增多，但最大裂縫依然出現(xiàn)在跨中處，當(dāng)荷載由42kN增加至44.1kN時最大裂縫突然增大，荷載增大到45.2kN時跨中最大裂縫寬度增大到1.8mm，超出規(guī)范［8］要求1.5mm，板件達(dá)到極限承載力，宣布板件破壞（圖5a）。

單拼接疊合板：當(dāng)荷載由0kN增加到8kN時，板件未出現(xiàn)裂縫，此時荷載增加至10kN時拼接處左側(cè)板底出現(xiàn)第一條裂縫，隨著荷載穩(wěn)步增加，裂縫增多，拼縫處也出現(xiàn)微小裂縫，但最大裂縫依然出現(xiàn)在拼縫左側(cè)板底，當(dāng)荷載由46kN增加至48.8kN時最大裂縫突然增大，拼縫左側(cè)最大裂縫寬度達(dá)到1.67mm。超過規(guī)范［8］要求1.5mm，板件達(dá)到極限承載力，此時拼縫處依然未出現(xiàn)較大裂縫，說明拼縫構(gòu)造措施合理有效，薄弱處變成較強(qiáng)處（圖5b）。

雙向拼接疊合板：當(dāng)荷載由0kN增加到8kN時，板件未出現(xiàn)裂縫，荷載增加至10kN時拼縫右側(cè)板底出現(xiàn)第一條裂縫，隨著荷載穩(wěn)步增加，裂縫出現(xiàn)仍然較小，此時拼縫處也出現(xiàn)微小裂縫，但最大裂縫依然出現(xiàn)在拼縫右側(cè)板底，當(dāng)荷載由50kN增加至52.6kN時最大裂縫突然增大，拼縫右側(cè)最大裂縫寬度達(dá)到1.61mm。超過規(guī)范［8］要求1.5mm，板件達(dá)到極限承載力，由于拼縫處有多功能限位器，極限承載力有較大提高，此時拼縫處依然未出現(xiàn)較大裂縫，說明拼縫構(gòu)造措施合理有效，薄弱處變成較強(qiáng)處（圖5c）。

3.2 承載力比較

通過試驗(yàn)分析說明，板的抗彎承載力出現(xiàn)不同程度的下降，主要是因?yàn)榘迤纯p處截面的有效高度減小及受力鋼筋連接傳力導(dǎo)致的。表1為以現(xiàn)澆板為參考對象，得出各板的承載力比較。

表1 各試驗(yàn)板承載力比較

由試驗(yàn)分析可得以下結(jié)論：

1）拼接疊合板拼縫處裂縫出現(xiàn)較晚，且大部分出現(xiàn)在拼縫的兩側(cè)，裂縫寬度較小，承載能力都有所提高，整體性較好。

2）加強(qiáng)拼接板內(nèi)在跨中拼縫處配置了限位器，比單拼接疊合板和現(xiàn)澆板多設(shè)置了一組限位器，相當(dāng)于增加了約束，所以雙向拼接疊合板受力性能顯著提高。

3）單拼接疊合板和雙向拼接疊合板在拼縫的兩側(cè)設(shè)置了限位器，疊合板破壞原因?yàn)槠唇犹巸蓚?cè)的裂縫寬度超過1.5mm，從而喪失承載力。

4）通過上述試驗(yàn)分析，可以得出拼縫處連接鋼筋的配筋量及錨固長度，能夠彌補(bǔ)構(gòu)件在該處的局部承載能力，同時限位器在板內(nèi)可以提高剛度。

圖5 試件破壞形態(tài)a.現(xiàn)澆板b.單拼接疊合板c.雙向拼接疊合板

3.3 撓度分析

各試件的跨中荷載—撓度（F－Δ）曲線在試件開裂前變形均呈線性，撓度很小且差別不大，開裂后撓度增長趨勢則有明顯增大（圖6）。表2列出加載到42kN時，單拼接板、加強(qiáng)拼接板與作為基準(zhǔn)的現(xiàn)澆板跨中撓度的比較。

表2 42kN時板跨中撓度比較

表3為42kN及接近破壞時，1/4跨度處撓度與跨中撓度的比值（Δ’/Δ），其表達(dá)了試件撓曲的形狀。數(shù)值較大時撓度曲線豐滿；數(shù)值為0.5時，己退化為二折線狀態(tài)。由表可見，拼接板的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.5，即彎曲變形的曲率集中在跨中拼縫的兩側(cè)處，已接近塑性鉸狀態(tài)；由于拼縫處鋼筋連接形成的桁架，其強(qiáng)度遠(yuǎn)超過現(xiàn)澆板。

圖6 荷載-位移曲線

表3 42kN時與接近破壞時撓度對比值

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）通過在板內(nèi)配置限位器和桁架鋼筋，可以較好地保證了板拼縫處內(nèi)力的有效傳遞，同時拼接疊合板的承載性能明顯提高。

2）疊合板通過加載到破壞時均未出現(xiàn)沿疊合面層之間的滑移，通過在疊合面進(jìn)行人工刮毛和桁架腹筋的作用使疊合面的抗剪能力大大提高并能得到保證。

3）疊合板在制作工藝方面可采用集中生產(chǎn)方式，通過在工廠預(yù)制到施工現(xiàn)場安裝，可減少環(huán)境的污染。

4）通過試驗(yàn)得出影響拼接疊合板受彎承載力的一個突出問題是拼縫處鋼筋的有效高度和位置，因此可以進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯：郝安林）

Experiment Study on Bearing Performance of Different Types of Stitching Laminated Slabs

LING Ru1，ZHOU Haichao2
（1.Department of Architectural Engineering，Anhui Hydropowemonal Technical College，
2.Anhui Central Asia Steel Structure Engineering Co.，Ltd.Hefei 231603，China）

Abstract:This article for static load-destructive testing by which 1 ordinary concrete slab，1 splice laminated slab and 1 strengthening of laminated slab，and depth study of each specimen that is the characteristics of de?struction，bearing capacity，deformation capacity and stiffness and so on.At the same time the three slabs were analyzed.The test results show that，under the patchwork with reliable connections construction，the bearing ca?pacity of splice the laminate to be more significantly than ordinary concrete slab，indicating that the structural de?sign is reasonable.

Key words:splicing laminated slabs；patchwork；bearing capacity；deformation

中圖分類號：TU375

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）02-0037-04

收稿日期：2015-09-19

作者簡介：凌茹（1987-）女，安徽合肥人，安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士，研究方向：混凝土結(jié)構(gòu)。