裝配式疊合雙向板受力性能實驗研究及分析

計策

（汕頭高新區(qū)科創(chuàng)投資開發(fā)有限公司，廣東 汕頭515051）

1 引言

2012 年以來，合肥市立足于建筑產(chǎn)業(yè)化“千億產(chǎn)業(yè)”目標，全市裝配式建筑工作取得顯著成效，目前，裝配式建筑年設(shè)計產(chǎn)能（PC）已達到7×106m2，截至2016 年年底，合肥市裝配式建筑項目已開工和計劃開工面積累計達5×106m2。但目前已有規(guī)定限制裝配式疊合板剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的層高在18 層以下，建筑高度不超過60m，當前的裝配式建筑發(fā)展急需突破這個技術(shù)關(guān)隘，其中，疊合式樓板的受力性能能否與現(xiàn)澆雙向板一致直接關(guān)系到建筑高度的發(fā)展[1]。

雙拼式疊合板是預(yù)制部分（2 塊預(yù)制板拼接）以及格構(gòu)鋼筋和現(xiàn)澆部分在界面結(jié)合，形成整體受力的混凝土疊合式雙向板，具有制作速度快，受氣候條件制約小，節(jié)約勞動力并可提高建筑質(zhì)量等特點。我國現(xiàn)階段工程中所使用的疊合板一般為單向板，對于疊合式雙向板的研究還不完善，此次足尺靜載試驗就是要研究探討這種疊合式雙向板和現(xiàn)澆雙向板在受力時的異同點[2]。

2 雙拼式疊合式雙向板靜載試驗簡介

2.1 靜載試驗材料及支撐條件

本次實驗總共設(shè)計4 塊雙向板，所有板的尺寸均為4400mm×3300mm×120mm。板的編號：B-1 為普通現(xiàn)澆雙向板，B-2、B-3、B-4 為同尺寸的雙拼疊合式雙向板（預(yù)制層厚度為60mm）。

混凝土：采用C30 等級混凝土。

鋼筋：采用HRB400 鋼筋，短跨配筋φ6mm@150mm，長跨配筋φ6mm@250mm（見表1）。

板在拼縫處配筋按DB34/T 810—2008《疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中錨固配筋的要求配置[3]。

表1 鋼筋材料參數(shù)

所有板均放置在250mm 寬的剛性梁上，疊合預(yù)制板部分的配筋如圖1 所示。

圖1 疊合預(yù)制板部分的配筋示意圖

2.2 靜力加載設(shè)計

豎向荷載加載所使用的為鐵塊、沙袋、混凝土梁，鐵塊、沙袋、混凝土梁的質(zhì)量分別為10kg、20kg、250kg。

2.3 量測儀器的選擇及布置

1）泰斯特靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀：用于采集各級荷載加載下各位移計的位移值（見圖2a）。

2）YHD-50 型位移計：記錄板在試驗過程中各測點的位移值（見圖2b）。

3）40 倍裂縫觀察儀：讀取板底開裂裂縫的寬度[4]，（見圖2c）。

圖2 量測儀器示意圖

3 撓度、裂縫開展試驗結(jié)果及分析

3.1 板的撓度分析

在4 塊板的加載結(jié)束后，觀察了板的開裂情況，并確定板的實際開裂荷載，列出了現(xiàn)澆雙向板按彈性理論計算的開裂荷載（見表2）。

表2 開裂荷載與計算開裂荷載對比

3.2 撓度結(jié)果對比及分析

實驗采集數(shù)據(jù)擬合曲線顯示（見圖3），雙拼疊合式雙向板撓度最大處和現(xiàn)澆雙向板是相同的，出現(xiàn)在板的中點[5]。

圖3 雙拼疊合板板底各測點撓度

B-1、B-2 板，主要觀察2 塊板在各加載階段撓度最大處的變化情況，如圖3 所示，現(xiàn)澆雙向板和雙拼疊合板在彈性階段的最大撓度變化規(guī)律基本相同，進入塑性階段后略微有差異但不大，在實際工程應(yīng)用中可忽略不計。

B-3、B-4 板，主要觀察2 塊板在進入彈塑性階段后撓度最大處的變化情況，在加載過程中，B-3、B-4 板表現(xiàn)出了良好性能，在開裂荷載前的荷載-撓度曲線與現(xiàn)澆板基本一致，呈

現(xiàn)出線性變化。這表明在彈性階段，彈性薄板理論同樣可以應(yīng)用于雙拼疊合式雙向板[6]。

應(yīng)用彈性薄板小撓度理論，簡支邊界條件板在均布荷載下的納維爾解法可得到以下簡化公式：

式中，ωmax為板的最大撓度；h為板厚度；q0為均布荷載的大??；a、b為板的長邊和短邊邊長；D為板的撓曲剛度；μ 為混凝土的泊松比；E為混凝土的彈性模量。

由式（1）計算出板在彈性階段的最大理論撓度值與B-3和B-4 在彈性階段試驗撓度值（見圖4），各板在達開裂荷載之前，理論撓度值和實驗撓度值基本吻合，誤差在7.5%以內(nèi)，可以滿足工程計算需要[7]。

圖4 彈性階段理論撓度值與疊合板實驗值對比圖

4 結(jié)語

1）靜力加載試驗證明，雙拼疊合式雙向板具有較強的剛度，當配置鋼筋的受拉強度設(shè)計值取400N/mm2時，彈性階段下雙拼疊合式雙向板的撓度與現(xiàn)澆雙向板基本相同，完全可以利用已有雙向板彈性理論計算雙拼疊合式雙向板在彈性階段的撓度。

2）雙拼疊合式雙向板開裂之后，用彈性撓度理論計算的撓度值與實驗值之間差異明顯，尤其是在板背面大量裂縫出現(xiàn)后，板的剛度迅速退化，使得撓度增加變快。

3）由4 塊板撓度試驗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，板開裂進入彈塑性階段后，現(xiàn)澆雙向板和雙拼疊合式雙向板的荷載-撓度曲線變化并未出現(xiàn)明顯的分化，B-2、B-3、B-43 塊雙拼疊合式雙向板的撓度曲線都與B-1 現(xiàn)澆雙向板撓度曲線變化一致，這有力地說明雙拼疊合板的剛度與雙向板無明顯差異[8]。

4）從4 種板裂縫開展上看，雙拼疊合板的裂縫破壞形態(tài)與現(xiàn)澆雙向板基本相同，3 塊雙拼疊合式雙向板在標準荷載下的裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

5）由此次試驗證明：雙拼疊合式雙向板在12cm厚度的條件下完全可以適用于雙向板的計算理論，在工程薄板中依然適用。18cm 厚度以上的雙拼疊合板在德國已有大量試驗數(shù)據(jù)支持，故此次試驗進一步證明了疊合板可以雙向受力的理論。