疊合樓板吊點(diǎn)抗拔試驗(yàn)研究

李 娜，徐其功，2，陳春暉，毛 娜，魏 偲

（1、廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510010；2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500）

0 引言

裝配式建筑具有提高建設(shè)效率、提高建筑質(zhì)量、減少資源消耗、減少環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)［1］。隨著裝配式建筑的發(fā)展，鋼筋桁架疊合樓板作為裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)中的重要水平構(gòu)件［2，3］，得到了大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。

鋼筋桁架疊合樓板由預(yù)制的自帶鋼筋桁架的底板，及上部現(xiàn)澆混凝土結(jié)合面層2 部分組成，預(yù)制底板可直接作為現(xiàn)澆混凝土結(jié)合層的底模，既減少了現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量，又減少了現(xiàn)場(chǎng)拼拆模板的工作量，同時(shí)施工質(zhì)量容易保證［4］。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

裝配式建筑建造過程中，疊合板的預(yù)制部分在脫模及施工吊裝時(shí)，需利用預(yù)埋吊環(huán)或板內(nèi)的桁架鋼筋承受吊裝荷載［5，6］。預(yù)制部分為薄板構(gòu)件，采用多點(diǎn)位吊裝，如圖1 所示，通過計(jì)算脫模荷載和吊裝荷載來確定吊點(diǎn)數(shù)量。

施工過程中承受吊裝荷載的鋼筋為受拉預(yù)埋件，若通過正常計(jì)算來判斷預(yù)埋鋼筋所能承受的拉力，其錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度要求。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［7］，當(dāng)受拉鋼筋末端采用彎鉤或機(jī)械錨固措施時(shí)，包括彎鉤或錨固端頭在內(nèi)的錨固長(zhǎng)度（投影長(zhǎng)度）可取為基本錨固長(zhǎng)度的60%。

圖1 疊合樓板吊裝Fig.1 Lifting of the Reinforced Truss Composite Assembled Slab

對(duì)于混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 的疊合樓板，為達(dá)到計(jì)算條件，直徑為6 mm（HRB400）的桁架腹桿鋼筋，錨固長(zhǎng)度應(yīng)為0.6×0.14×360×6/1.43=127 mm；直徑為12 mm（HPB300）的吊環(huán)鋼筋，錨固長(zhǎng)度應(yīng)為0.6×0.16×270×12/1.43=218 mm。可見無論是桁架腹桿鋼筋還是吊環(huán)鋼筋，所需的錨固長(zhǎng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于疊合樓板預(yù)制部分的厚度（60～80 mm），無法通過計(jì)算來判斷吊點(diǎn)所能承受的施工荷載。

本次試驗(yàn)的主要目的是測(cè)出疊合樓板預(yù)制底板內(nèi)預(yù)埋吊環(huán)或桁架鋼筋的最大可承受拉力以及吊點(diǎn)處的破壞形式，為疊合板預(yù)制部分的脫模及吊裝安全提供可靠支撐。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試件設(shè)計(jì)與制作

本次試驗(yàn)包含4 組、每組各3 個(gè)，共12 個(gè)試件。其中對(duì)脫模狀態(tài)的試驗(yàn)，為確保試件脫模后能及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，脫模工況的2 組共6 個(gè)試件直接在試驗(yàn)室加工完成；而吊裝工況的2 組共6 個(gè)試件由預(yù)制構(gòu)件制作廠預(yù)制完成后，再運(yùn)輸至試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。

預(yù)制底板的厚度，除要滿足構(gòu)件本身的受力要求外，還需根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝以及現(xiàn)場(chǎng)施工過程的荷載通過計(jì)算確定［8］。疊合樓板預(yù)制層厚度通常為60～80 m，本次試驗(yàn)試件按60 mm 的預(yù)制底板進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)預(yù)制構(gòu)件廠的實(shí)際流程，脫模時(shí)的混凝土強(qiáng)度為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%，對(duì)脫模工況的2 組試件，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%時(shí)，即進(jìn)行試驗(yàn)；預(yù)制構(gòu)件出廠時(shí)的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，因此吊裝工況的2 組試件，在運(yùn)輸至試驗(yàn)室后可隨時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

構(gòu)件詳圖如圖2、圖3 所示。其中，利用預(yù)制板的桁架鋼筋作為吊點(diǎn)的試件，脫模工況及吊裝工況所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)構(gòu)件編號(hào)分別為1-1～1-3 及3-1～3-3；利用預(yù)制板內(nèi)預(yù)埋吊環(huán)作為吊點(diǎn)的試件，脫模工況及吊裝工況所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)構(gòu)件編號(hào)分別為2-1～2-3 及4-1～4-3。

圖2 桁架鋼筋抗拔試件（脫模工況試件1-1～1-3；吊裝工況試件3-1～3-3）Fig.2 Pull-out Specimens with Embedded Truss Reinforcement（Specimens for Demoulding 1-1～1-3；Specimens for Lifting 3-1～3-3）

圖3 預(yù)埋吊環(huán)抗拔試件（脫模工況試件2-1～2-3；吊裝工況試件4-1～4-3）Fig.3 Pull-out Specimens with Lift Ring（Specimens for Demoulding 2-1～2-3；Specimens for Lifting 4-1～4-3）

2.2 材料性能

本次試驗(yàn)所采用的材料等級(jí)，混凝土為C30，桁架鋼筋為HRB400，吊環(huán)為HPB300。

對(duì)于脫模狀態(tài)的試件，試驗(yàn)時(shí)的混凝土強(qiáng)度要求達(dá)到50%，在試件制作時(shí)同期預(yù)留了較多數(shù)量的試塊，分別對(duì)不同齡期的試塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 脫模試件混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值Tab.1 Compressive Strength Value of Concrete Cube in Demoulding Working Condition

齡期為2d 的混凝土試塊，其強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%，此時(shí)開始進(jìn)行脫模試件的吊點(diǎn)抗拔試驗(yàn)；脫模試件的吊點(diǎn)抗拔試驗(yàn)結(jié)束后，再對(duì)留置的混凝土立方體試塊進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)測(cè)出的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值約為19 MPa；試件的試驗(yàn)條件與實(shí)際脫模狀態(tài)基本吻合。

2.3 試驗(yàn)加載裝置及測(cè)量?jī)x器

疊合樓板桁架鋼筋和預(yù)埋吊環(huán)的抗拔試驗(yàn)加載裝置和測(cè)量?jī)x器如圖4 所示。圖中所示加載部分為200 t 的拉壓千斤頂，千斤頂上面為力傳感器，通過高速靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀采集力信號(hào)和應(yīng)變信號(hào)。

圖4 試驗(yàn)加載裝置及測(cè)量?jī)x器Fig.4 Loading Device and Measuring Instrument

2.4 試驗(yàn)加載制度及數(shù)據(jù)測(cè)量

本次試驗(yàn)采用力控的方式，按0.5 kN/s 的加載速率連續(xù)加載，直至混凝土破壞或桁架鋼筋（吊環(huán)）被拔出才停止加載。試驗(yàn)全過程對(duì)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)連續(xù)測(cè)量，并采用錄像的形式觀察疊合板裂縫開展情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試件破壞現(xiàn)象

3.1.1 桁架鋼筋抗拔的試件

對(duì)于桁架鋼筋抗拔的試件，無論是脫模工況還是吊裝工況，其最終的破壞形態(tài)分成3 種不同的狀態(tài)：

⑴桁架鋼筋連接良好，焊點(diǎn)未脫開，此時(shí)破壞形態(tài)為混凝土拉裂，桁架鋼筋整體拔出，如圖5a 所示。

⑵桁架腹桿鋼筋和下弦鋼筋焊點(diǎn)脫開，附近混凝土拉裂，部分桁架鋼筋拔出，如圖5b、圖5c、圖5d所示。

⑶桁架腹桿鋼筋和上弦鋼筋焊點(diǎn)脫開，加載中斷，如圖5e、圖5f 所示。

圖5 桁架鋼筋抗拔試件破壞形態(tài)Fig.5 Failure Mode of Pull-out Specimens with Embedded Truss Reinforcement

3.1.2 吊環(huán)抗拔的試件

對(duì)于吊環(huán)抗拔的試件，無論是脫模工況還是吊裝工況，其最終的破壞形態(tài)基本一致，均表現(xiàn)為混凝土拉裂，吊環(huán)產(chǎn)生較大變形，但由于吊環(huán)鋼筋水平段設(shè)置在疊合板鋼筋的底部，試件破壞時(shí)雖然承載力已經(jīng)降低，但是吊環(huán)沒有被整體拔出。如圖6 所示。

圖6 吊環(huán)抗拔試件破壞形態(tài)Fig.6 Failure Mode of Pull-out Specimens with Lift Ring

3.2 承載力特性分析

3.2.1 桁架鋼筋抗拔試件

桁架鋼筋抗拔試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

桁架鋼筋抗拔的試件，根據(jù)3 種不同的破壞形態(tài)，其最終承載力分析如下：

⑴桁架鋼筋連接良好，焊點(diǎn)未脫開，如試件1-2，測(cè)出的極限承載力為38.5 kN；

⑵桁架腹桿鋼筋和下弦鋼筋焊點(diǎn)脫開，如試件1-1、1-3、3-3，測(cè)出的極限承載力分別為25.4 kN、18.5 kN、24.3 kN；

⑶ 桁架腹桿鋼筋和上弦鋼筋焊點(diǎn)脫開，如試件3-1、3-2，測(cè)出的極限承載力分別為27.5 kN、23.3 kN。

對(duì)于桁架鋼筋抗拔試件，在桁架鋼筋連接良好的情況下，抗拔試驗(yàn)測(cè)得的極限承載力較高；而當(dāng)腹桿鋼筋與弦桿鋼筋的焊點(diǎn)脫開時(shí)，抗拔試驗(yàn)測(cè)出的極限承載力大幅下降，試件1-3 甚至出現(xiàn)了試驗(yàn)室加載中斷，所測(cè)得的極限承載力極小的狀況。

3.2.2 吊環(huán)抗拔試件

吊環(huán)抗拔試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

對(duì)于吊環(huán)抗拔試件，除試件2-1 測(cè)出的極限承載力偏小、而試件4-2 測(cè)出的極限承載力偏大外，其余試件所測(cè)得的極限承載力較為穩(wěn)定，變化范圍在31～34 kN 之間。

表2 桁架鋼筋及吊環(huán)抗拔試件抗拔承載力Tab.2 Maximum Lifting Force of Specimens with Embedded Truss Reinforcement and Lift Ring

4 結(jié)語

⑴根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范：GB 50666-2011》［9］，預(yù)制構(gòu)件中的預(yù)埋吊件施工安全系數(shù)為4，以此來計(jì)算桁架鋼筋及吊環(huán)的抗拔承載力：

桁架鋼筋連接良好的試件僅有1 個(gè)，此時(shí)測(cè)出的極限承載力為38.5 kN，所能承受的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為38.5/4=9.6 kN，但因僅有1 個(gè)試件的結(jié)果，數(shù)據(jù)不具備普適性；

桁架鋼筋的腹桿鋼筋與弦桿鋼筋焊點(diǎn)脫開時(shí)，不考慮無法繼續(xù)加載的試件1-3 結(jié)果，其余4 個(gè)試件所測(cè)出的極限承載力較為穩(wěn)定，最小值為23.3 kN，此時(shí)所能承受的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為23.3/4=5.8 kN；

吊環(huán)抗拔試件測(cè)得的極限承載力，除試件2-1 偏小外，其余5 個(gè)試件均穩(wěn)定在30 kN 以上，如按最不利試件計(jì)算，其所能承受的施工階段荷載標(biāo)準(zhǔn)值為27.5/4≈6.9 kN。

⑵根據(jù)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《桁架鋼筋混凝土疊合板（60 mm 厚底板）》［10］，對(duì)吊件的承載力進(jìn)行復(fù)核：

圖集中四點(diǎn)起吊的板，最大尺寸為2 000×4 500，單個(gè)吊點(diǎn)承受的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2×4.5×0.06×25/4=3.4 kN；

圖集中六點(diǎn)起吊的板，最大尺寸為2 400×6 000，單個(gè)吊點(diǎn)承受的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.4×6×0.06×25/6=3.6 kN。

⑶根據(jù)試驗(yàn)所得的結(jié)果，無論是預(yù)埋吊環(huán)還是板內(nèi)的桁架鋼筋，其所能承受的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值均大于實(shí)際施工時(shí)的荷載值，疊合樓板內(nèi)的預(yù)埋吊件滿足施工安全要求。

⑷桁架鋼筋間的焊接質(zhì)量對(duì)抗拔承載力影響較大，當(dāng)采用桁架鋼筋作為吊點(diǎn)時(shí)，需確保吊點(diǎn)處桁架鋼筋的上下弦與腹桿焊接良好，必要時(shí)可對(duì)桁架鋼筋局部加強(qiáng)。