吳 松， 沈小璞

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230022）

0 引 言

二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，進(jìn)一步加大了對(duì)房屋住宅的建造需求?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑的構(gòu)件具有抗震性能好、結(jié)構(gòu)整體性好的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)模板的用量特別大，而且施工周期很長(zhǎng)，使生產(chǎn)很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，嚴(yán)重阻礙和影響了住宅建設(shè)的發(fā)展，根本不能滿足現(xiàn)階段人們對(duì)住房的需求。預(yù)制構(gòu)件倒是能夠?qū)崿F(xiàn)建筑構(gòu)件的工業(yè)化，構(gòu)件的制作不受季節(jié)和氣候的限制，也可以提高構(gòu)件的質(zhì)量，并且施工的速度很快，可以節(jié)省大量的模板和支撐，但是整體性比較差、不利于抗震、抗?jié)B性差。怎樣才能合二為一？應(yīng)對(duì)于這種要求，應(yīng)運(yùn)而生的就出現(xiàn)了疊合結(jié)構(gòu)，其中疊合板結(jié)構(gòu)就是屬于其中的一種，疊合板兼有傳統(tǒng)現(xiàn)澆板和預(yù)制板的優(yōu)點(diǎn)，分為預(yù)制、現(xiàn)澆二部分組合而成，預(yù)制部分在預(yù)制構(gòu)件加工廠完成，施工時(shí)吊裝就位，現(xiàn)澆部分則是在預(yù)制板面上完成，預(yù)制板既作為永久模板而無(wú)需木模板，又作為樓板的一部分共同承擔(dān)使用荷載［1］。疊合結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使模板的用量大大減少，但是隨著科技的騰飛，房屋的建造如雨后春筍，這樣一來(lái)，鋼筋用量又面臨著一個(gè)新的挑戰(zhàn)。怎樣才能合理的使用鋼筋、節(jié)省鋼筋用量？本文一方面通過(guò)疊合板與現(xiàn)澆板的對(duì)比，得出此類疊合板類似于現(xiàn)澆雙向板，另一方面，也驗(yàn)證了此種疊合板的配筋是合理的，滿足規(guī)范要求的。

1 試驗(yàn)研究概況

針對(duì)三組雙向板在均布荷載下的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即普通全現(xiàn)澆雙向板B－1作為對(duì)照，B－3、B－4為兩拼疊合式雙向板（B－2板由于沒(méi)有捕捉到與現(xiàn)澆板對(duì)應(yīng)的鋼筋應(yīng)變，所以沒(méi)有采用），采用兩塊厚6cm的預(yù)制板拼接后現(xiàn)澆而成，所有板均為足尺板，其尺寸是考慮到實(shí)際應(yīng)用需要來(lái)確定的。

1．1 試驗(yàn)尺寸形狀

1．2 試件材料性能

預(yù)制板混凝土性能參數(shù)見(jiàn)附表，現(xiàn)澆板的制作采用商品混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，所使用鋼筋均為HRB400鋼筋，混凝土的性能參數(shù)和鋼筋性能參數(shù)見(jiàn)表1和表2所示。

表1 混凝土性能參數(shù)

表2 鋼筋性能參數(shù)

1．3 加載制度

試驗(yàn)板四周簡(jiǎn)支于實(shí)驗(yàn)臺(tái)座上，試件加載荷載采用重10Kg的鑄鐵塊，鋼筋應(yīng)變數(shù)據(jù)采集采用泰斯特靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀。加載方案:B－1、B－3、B－4第一級(jí)和第二級(jí)每級(jí)加載2．02kN／m2，第三極和第四級(jí)每級(jí)加載1．01kN／m2，以后每級(jí)加載0．673kN／m2，第十二級(jí)開(kāi)始使用每袋重20kg的沙袋，平鋪于鐵塊上，每級(jí)仍為0．673kN／m2，直至破壞［4］。

1．4 鋼筋的應(yīng)力——應(yīng)變曲線

圖1 鋼筋應(yīng)力——應(yīng)變曲線

鋼筋的應(yīng)力——應(yīng)變曲線如圖1所示，鋼筋單調(diào)加載的應(yīng)力——應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系按下列公式確定［2］:

式中，Es——鋼筋的彈性模量；

σs—— 鋼筋應(yīng)力；

εs—— 鋼筋應(yīng)變；

fy，r—— 鋼筋的屈服強(qiáng)度代表值，其值可根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)分析需要分別取fst、fyk或fym；

fst，r——鋼筋的屈服強(qiáng)度代表值，其值可根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)分析需要分別取fst、fstk或fstm；

εy—— 與fy，r相應(yīng)的鋼筋屈服應(yīng)變，可取fy，r／Es；

εuy——鋼筋硬化起點(diǎn)應(yīng)變；

εu—— 與fst，r相應(yīng)的鋼筋峰值應(yīng)變；

κ——鋼筋硬化段斜率，即

2 鋼筋應(yīng)變片布置

鋼筋應(yīng)變片的布置根據(jù)所做試驗(yàn)構(gòu)件（即全現(xiàn)澆雙向板和疊合式雙向板），以及板上作用荷載的對(duì)稱性來(lái)考慮的。同時(shí)，考慮到在板底可能出現(xiàn)裂縫的位置（如雙向板塑性鉸線）也布置了鋼筋應(yīng)變片，本文中選取的測(cè)點(diǎn)為跨中、離跨中稍遠(yuǎn)的點(diǎn)來(lái)對(duì)比分析（因?yàn)檫@些點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)正好是應(yīng)變片能夠捕捉到的），具體板中的鋼筋應(yīng)變片布置詳見(jiàn)如下圖2～圖4所示。

圖2 現(xiàn)澆板（B－1）應(yīng)變片布置圖

圖3 疊合板（B－3）應(yīng)變片布置圖

圖4 疊合板（B－4）應(yīng)變片布置圖

3 板鋼筋應(yīng)變的試驗(yàn)現(xiàn)象與分析

現(xiàn)象:（B－3板測(cè)點(diǎn)7與現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)9為相應(yīng)板的跨中測(cè)點(diǎn)），由圖5可以看出，當(dāng)荷載加到第十級(jí)13KN／m2時(shí)，現(xiàn)澆板9號(hào)測(cè)點(diǎn)和疊合板7號(hào)測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)拐點(diǎn)，但9號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變遞增的較快，當(dāng)荷載達(dá)到第十二級(jí)14．35KN／m2時(shí)，9號(hào)測(cè)點(diǎn)先屈服，在此荷載作用下，7號(hào)測(cè)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到屈服強(qiáng)度，當(dāng)荷載達(dá)到第十五級(jí)16．37KN／m2時(shí)，7號(hào)測(cè)點(diǎn)屈服。

圖5 （B－3）板測(cè)點(diǎn)7與現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)9對(duì)比分析

分析:在彈性階段，現(xiàn)澆板和疊合板（B－3）的受力大小基本上差不多，都呈線性關(guān)系；在彈塑性階段，由于拼縫對(duì)疊合板的影響，使疊合板的局部承載力降低［5］，所以疊合板比現(xiàn)澆板所受的應(yīng)力略大，先進(jìn)入彈塑性階段；在塑性階段，現(xiàn)澆板出現(xiàn)拐點(diǎn)，應(yīng)變遞增較快，先達(dá)到屈服，而疊合板雖然受拼縫的影響，但是影響不大，荷載——應(yīng)變曲線的變化趨勢(shì)一致，該階段，在相同荷載情況下，疊合板鋼筋所受的應(yīng)力比現(xiàn)澆板小，本塊疊合板的強(qiáng)度比現(xiàn)澆板要高。

由配筋反算出現(xiàn)澆板所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為7．07KN／m2，對(duì)應(yīng)的9號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?8．4，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為13．68MPa；疊合板（B－3）所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8．51KN／m2，對(duì)應(yīng)的7號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?23．3，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為24．7MPa。

圖6 （B－4）板測(cè)點(diǎn)3與現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)9對(duì)比分析

現(xiàn)象:B－4板測(cè)點(diǎn)3與現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)9為相應(yīng)板的跨中測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)3為正跨中旁邊的測(cè)點(diǎn)，離跨中特別近，我們認(rèn)為此測(cè)點(diǎn)能夠捕捉到跟跨中測(cè)點(diǎn)相差不大的鋼筋應(yīng)變，所以選取3號(hào)測(cè)點(diǎn)來(lái)對(duì)比分析），由圖6可以看出，當(dāng)荷載加到第十級(jí)13KN／m2時(shí)，現(xiàn)澆板9號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)拐點(diǎn)，應(yīng)變遞增的較快，當(dāng)荷載達(dá)到第十二級(jí)14．35KN／m2時(shí)，9號(hào)測(cè)點(diǎn)先屈服，在此荷載作用下，3號(hào)測(cè)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到屈服強(qiáng)度，當(dāng)荷載達(dá)到第十六級(jí)17．05KN／m2時(shí)，3號(hào)測(cè)點(diǎn)屈服。

分析:在彈性階段，疊合板（B－4）和現(xiàn)澆板的受力基本上差不多，都呈線性關(guān)系；在彈塑性階段，現(xiàn)澆板的鋼筋應(yīng)力比疊合板略大，說(shuō)明本塊板的拼縫對(duì)疊合板剛度的影響不大；塑性階段，現(xiàn)澆板出現(xiàn)大的拐點(diǎn)，應(yīng)變遞增較快，先達(dá)到屈服，疊合板進(jìn)入塑性階段比現(xiàn)澆板要慢，能夠承受更大的荷載，荷載——應(yīng)變曲線的變化趨勢(shì)一致，該階段，在相同荷載情況下，疊合板鋼筋所受的應(yīng)力比現(xiàn)澆板小，本塊疊合板的強(qiáng)度比現(xiàn)澆板要高。

由配筋反算出現(xiàn)澆板所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為7．07KN／m2，對(duì)應(yīng)的9號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?8．4，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為13．68MPa；疊合板（B－4）所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8．51KN／m2，對(duì)應(yīng)的3號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?3．7，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為4．74MPa。

圖7 （B－4）板測(cè)點(diǎn)15與現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)3對(duì)比分析

現(xiàn)象:B－4板測(cè)點(diǎn)15與現(xiàn)澆板測(cè)點(diǎn)3為相應(yīng)板的離跨中較遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)（位置上是對(duì)應(yīng)的，都在板的45度正塑性鉸線上）由圖7可以看出，當(dāng)荷載加到第十級(jí)13KN／m2時(shí)，現(xiàn)澆板3號(hào)測(cè)點(diǎn)和15號(hào)測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)拐點(diǎn)，但是3號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變遞增的較快，15號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變遞增的較慢，當(dāng)荷載達(dá)到第十三級(jí)15．02KN／m2時(shí)，3號(hào)測(cè)點(diǎn)先屈服，在此荷載作用下，15號(hào)測(cè)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到屈服強(qiáng)度，當(dāng)荷載達(dá)到第十九級(jí)19．3KN／m2時(shí)，15號(hào)測(cè)點(diǎn)屈服。

分析:在彈性階段，疊合板（B－4）和現(xiàn)澆板的受力基本上差不多，都呈線性關(guān)系；在彈塑性階段，疊合板由于受拼縫的影響，剛度減弱，先進(jìn)入彈塑性階段，所受的鋼筋應(yīng)力比現(xiàn)澆板略大；塑性階段，現(xiàn)澆板出現(xiàn)拐點(diǎn)，應(yīng)變遞增較快，先達(dá)到屈服，疊合板應(yīng)變遞增的速率較小，能夠承受更大的荷載，荷載——應(yīng)變曲線的變化趨勢(shì)一致，該階段，在相同荷載情況下，疊合板鋼筋所受的應(yīng)力比現(xiàn)澆板小，本塊疊合板的強(qiáng)度比現(xiàn)澆板要高。

由配筋反算出現(xiàn)澆板所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為7．07KN／m2，對(duì)應(yīng)的3號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?7．6，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為17．5MPa；疊合板（B－4）所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8．51KN／m2，對(duì)應(yīng)的15號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?09，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為21．8MPa。

圖8 （B－4）板測(cè)點(diǎn)10與（B－3）板測(cè)點(diǎn)18對(duì)比分析

現(xiàn)象:B－4板測(cè)點(diǎn)10為長(zhǎng)方向上的跨中測(cè)點(diǎn)，B－3板測(cè)點(diǎn)18為拼縫處現(xiàn)澆層構(gòu)造鋼筋上的測(cè)點(diǎn)，（位置上是對(duì)應(yīng)的，一個(gè)在預(yù)制板的長(zhǎng)方向上跨中，一個(gè)在上部現(xiàn)澆層的拼縫跨中）。由圖8可以看出，B－3板的18號(hào)測(cè)點(diǎn)在荷載達(dá)到第十一級(jí)13．67KN／m2時(shí)，出現(xiàn)拐點(diǎn)，應(yīng)變遞增；而10號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變很小，幾乎不受力。

分析:在彈性階段，二個(gè)測(cè)點(diǎn)的受力基本上差不多，都呈線性關(guān)系；在彈塑性階段，拼縫上部構(gòu)造鋼筋較先受力，而預(yù)制板長(zhǎng)方向跨中的鋼筋應(yīng)力很小，在塑性階段，拼縫上部構(gòu)造鋼筋應(yīng)變遞增，應(yīng)力增大，下部預(yù)制板長(zhǎng)方向鋼筋應(yīng)力依然很小，由此說(shuō)明在拼縫處的應(yīng)力傳遞是通過(guò)上部構(gòu)造鋼筋來(lái)傳遞的［6］，疊合板在長(zhǎng)方向上也是受力的，故而疊合板是雙向受力的。

由配筋反算出疊合板（B－3）所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8．51KN／m2，對(duì)應(yīng)的18號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?9，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為17．8MPa；疊合板（B－4）所能承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8．51KN／m2，對(duì)應(yīng)的10號(hào)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)椋?3，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力為10．6MPa。

總述，上圖各條曲線對(duì)應(yīng)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，由（1）式算出相應(yīng)的應(yīng)力。很顯然標(biāo)準(zhǔn)值下對(duì)應(yīng)的應(yīng)力很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求的鋼筋的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值400MPa，因此在配筋設(shè)計(jì)時(shí)，是滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求的。

由上述各圖對(duì)比可以看出:現(xiàn)澆板9號(hào)測(cè)點(diǎn)比3號(hào)測(cè)點(diǎn)受力大、（B－4）板3號(hào)測(cè)點(diǎn)比15號(hào)測(cè)點(diǎn)受力大、（B－4）板3號(hào)測(cè)點(diǎn)比（B－3）板7號(hào)測(cè)點(diǎn)受力略小（7號(hào)測(cè)點(diǎn)位于跨中拼縫旁，受力大），即板跨中受力比板四周受力要大；B－3板跨中7號(hào)測(cè)點(diǎn)、（B－4）板3號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力比現(xiàn)澆板9號(hào)測(cè)點(diǎn)要小，說(shuō)明疊合板承載能力較強(qiáng)。

4 結(jié) 論

（1）在相同位置處鋼筋應(yīng)變片處于在彈性階段的應(yīng)變變化趨勢(shì)基本相同，由此可以看出預(yù)制件與現(xiàn)澆部分之間的內(nèi)力傳遞與整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大差別。

（2）疊合式雙向板在荷載標(biāo)準(zhǔn)值下的鋼筋應(yīng)力很小，遠(yuǎn)小于鋼筋的屈服強(qiáng)度。

（3）在相同荷載作用下，現(xiàn)澆板在疊合板之前達(dá)到屈服，說(shuō)明疊合板的承載能力較強(qiáng)。

（4）疊合板與現(xiàn)澆板的受力趨勢(shì)基本上一致，說(shuō)明疊合板具有明顯的雙向板特性。

1 周緒紅，張微偉，吳方伯，等．預(yù)應(yīng)變混凝土四邊簡(jiǎn)支雙向疊合板的設(shè)計(jì)方法［J］．建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，23（4）:55－57．

2 聶 磊，袁建偉，黃賽超．混凝土疊合雙向板的內(nèi)力和配筋計(jì)算［J］．長(zhǎng)沙學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，14（3）:80－83．

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