王元清 袁霞 張延年 祝磊 劉明 管乃彥

摘要：針對目前疊合雙向板預(yù)制層構(gòu)件尺寸過大時吊裝及運(yùn)輸過程較困難的問題，提出一種新型拼裝式混凝土雙向疊合樓板.為研究此拼裝式疊合板的承載性能，首先對其進(jìn)行彈性范圍內(nèi)的均布堆載試驗，然后再對此板和一單向疊合板進(jìn)行集中荷載下的破壞性對比試驗.主要分析內(nèi)容為撓度、鋼筋應(yīng)變、混凝土應(yīng)變隨荷載變化的規(guī)律及裂縫開展情況.均布荷載試驗表明，此拼裝式疊合板具有較高的承載能力；集中荷載破壞性對比試驗結(jié)果表明，此拼裝式鋼筋混凝土疊合板具有明顯的雙向受力性能優(yōu)勢.說明此類拼裝式疊合板具有良好的承載性能，又方便吊裝運(yùn)輸，是一種值得推廣的新型樓板.

關(guān)鍵詞：建筑產(chǎn)業(yè)化；拼裝式；混凝土；疊合樓板；承載性能； 雙向

中圖分類號：TU375.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

建筑產(chǎn)業(yè)化是指利用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工等手段來建造建筑，用信息化等方式來管理建筑的一種建筑模式，和傳統(tǒng)建筑模式相比具有施工速度快、受天氣影響小、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn).借鑒國內(nèi)外發(fā)展經(jīng)驗，建筑產(chǎn)業(yè)化是我國盡快保質(zhì)保量解決保障性住房問題的必由之路.在發(fā)達(dá)國家，建筑產(chǎn)業(yè)化的比例已經(jīng)達(dá)到60%以上[4-6]，而我國才剛剛起步，產(chǎn)業(yè)化率很低，在實際工程中的應(yīng)用更少.究其原因，主要是相關(guān)政策及法規(guī)稀缺.為促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)研究并推廣應(yīng)用于實際工程中，而關(guān)鍵部品研究是建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展的核心，本文主要對裝配式樓板進(jìn)行研究.

針對目前存在的整體鋼筋桁架雙向疊合板尺寸過大時，預(yù)制層吊裝及運(yùn)輸困難的問題[11]，吳方伯[12]等人提出一種單向預(yù)應(yīng)力雙向配筋混凝土疊合樓板，試驗證明其疊合層和預(yù)制底板具有良好的協(xié)同受力性能.本文提出一種拼裝式鋼筋桁架雙向疊合板，它是將由工廠預(yù)制的單塊板吊裝運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再通過單塊板上的預(yù)留孔洞插入穿插鋼筋把各板拼裝成一體形成預(yù)制層，此穿插鋼筋同時起到受力筋的作用，拼裝后的預(yù)制板作為施工模板，再在其上澆筑混凝土.它具有單向板易吊裝運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢，對于其是否具有雙向板的良好受力性能，本文將進(jìn)行試驗研究.

1試驗概況

1.1試件設(shè)計與加工

在設(shè)計時，穿插橫筋作為受力筋和整體共同承擔(dān)荷載，所以預(yù)留孔洞位置必須垂直于單塊預(yù)制板縱向鋼筋且恰好位于其上，從而使疊合板具有雙向受力的性能.

本試驗構(gòu)件預(yù)制層及后澆層均在沈陽宇輝構(gòu)件廠進(jìn)行加工，達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后運(yùn)輸?shù)缴蜿柦ㄖ髮W(xué)結(jié)構(gòu)實驗室進(jìn)行試驗，養(yǎng)護(hù)條件為室內(nèi)常溫.預(yù)制層構(gòu)件為6塊板，編號從A1～A6，A1號板澆注疊合層現(xiàn)澆混凝土后為B1板，做單向板抗彎試驗；A2～A6號板拼裝完澆注疊合層現(xiàn)澆混凝土后為B2板，做雙向板抗彎試驗（見表1）.

單塊預(yù)制板截面尺寸為3 000 mm×600 mm×70 mm，其中A2～A6預(yù)制板截面構(gòu)造形式及配筋如圖1所示，A1號板與其他板的區(qū)別在于不開槽，預(yù)留鋼筋孔洞位置為橫向配筋，其他截面尺寸和A2～A6號板相同.鋼筋保護(hù)層厚度為20 mm，鋼筋強(qiáng)度采用HRB335，受力筋直徑為8 mm，桁架腹桿鋼筋直徑為4 mm.疊合面采用人工制作的抓耙形式，試驗時B1板兩端及B2板四周邊界條件均為簡支約束.疊合后B1板的尺寸為3 000 mm×600 mm×140 mm，其中凈跨平面尺寸為2 800 mm×600 mm；疊合后B2板組合后的尺寸為3 000 mm×3 060 mm×140 mm，其中凈跨平面尺寸為2 800 mm×2 860 mm，板與板之間的拼縫寬度為15 mm.澆筑疊合層混凝土前必須把預(yù)制構(gòu)件表面的浮漿、塵土等雜物清除干凈，然后澆水充分潤濕，且不留積水，這是保證疊合面施工質(zhì)量的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格執(zhí)行.澆注混凝土?xí)r，要確保灌縫密實，發(fā)現(xiàn)跑模、漏漿應(yīng)及時處理.為保證拼縫處的連接強(qiáng)度，在拼縫處采用網(wǎng)狀抗剪鋼筋（圖2），網(wǎng)狀抗剪鋼筋沿板縫通長布置，并位于橫向穿孔受力鋼筋之上，與橫向穿孔受力鋼筋綁扎在一起.橫向穿孔鋼筋通過PVC管預(yù)留孔洞穿插在混凝土預(yù)制板中，鋼筋與預(yù)制板混凝土之間無黏結(jié)作用，若只靠拼縫處15 mm寬度處橫向穿孔鋼筋與后澆疊合層混凝土間的黏結(jié)力，無法有效發(fā)揮橫向穿孔鋼筋的受力性能，所以在預(yù)制板上PVC管兩端位置開槽來增加橫向穿孔鋼筋與后澆疊合層混凝土間的接觸面積.為進(jìn)一步增加橫向穿孔鋼筋與后澆疊合層混凝土間的黏結(jié)力，防止受力過程中橫向穿孔鋼筋和混凝土過早發(fā)生滑移對受力造成影響，對此采取一些限位措施，在板板間拼縫處穿插橫筋上點(diǎn)焊U型筋（圖3），在穿孔橫筋兩端點(diǎn)焊一字型筋（圖4）.

預(yù)制層和現(xiàn)澆層混凝土均取工廠配制好的C30強(qiáng)度的混凝土，混凝土坍落度試驗所測值為13 cm，在澆注混凝土預(yù)制層和后疊合層時分別同時預(yù)留相應(yīng)的材性試驗所需標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件和所對應(yīng)的構(gòu)件放在同樣的環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù). A1號板鋼筋構(gòu)造及模板支護(hù)如圖5所示，A2～A6號板鋼筋構(gòu)造及模板支護(hù)如圖6所示，橫向設(shè)置白色PVC管來預(yù)留鋼筋孔洞，PVC管兩端泡沫板的作用是對預(yù)制板開槽.為防止?jié)沧⑦^程中鋼筋應(yīng)變片導(dǎo)線被掩埋，必須對其采取保護(hù)措施.

為增加各預(yù)制板疊合面的疊合強(qiáng)度，澆注完預(yù)制層混凝土后，在預(yù)制板上表面做抓耙形式疊合面，如圖7所示.待預(yù)制板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的75%以上時，即可對其進(jìn)行吊裝并澆注疊合層混凝土.對A1板重新支模澆注疊合層混凝土后形成B1板；通過吊裝對A2～A6板進(jìn)行定位，通過預(yù)留孔洞穿插橫向鋼筋把各預(yù)制板拼裝在一起，在橫向鋼筋端部及拼縫部位設(shè)置限位筋，然后在各板拼縫處鋪設(shè)網(wǎng)狀抗剪鋼筋及綁扎疊合層構(gòu)造筋，如圖8所示，圖中白色套管的作用是保護(hù)鋼筋應(yīng)變片導(dǎo)線，防止?jié)沧⑦^程中導(dǎo)線被損壞或者被掩埋，在所有拼裝工作完成后澆注疊合層混凝土形成B2板.澆筑疊合層混凝土前必須把預(yù)制構(gòu)件表面的浮漿、塵土等雜物清除干凈，然后澆水充分潤濕，且不留積水，這是保證疊合面施工質(zhì)量的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格執(zhí)行.澆注混凝土?xí)r，要確保灌縫密實，發(fā)現(xiàn)跑模、漏漿應(yīng)及時處理.

1.2材料性能

對實際加工的試驗試件進(jìn)行材料性能試驗[13]，鋼筋的彈性模量Es=2.0×105 MPa，平均屈服強(qiáng)度fy=424 MPa.

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[13]規(guī)定的方法，每組立方體試塊的抗壓強(qiáng)度測試值應(yīng)去掉最大值和最小值后再求平均值，由平均值按照相應(yīng)的公式，推算出混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度及彈性模量，具體結(jié)果見表2.

1.3加載方案

本文對板B1做破壞性對比試驗，加載方式僅采用集中加載，加載點(diǎn)下設(shè)置條型鋼墊板，支座約束方式為板跨兩端簡支，加載裝置如圖9所示.

對板B2做2次加載試驗，第一次試驗加均布荷載，每級荷載為24 kN，支座約束為四邊簡支，板變形控制在彈性范圍內(nèi)，卸載后板變形恢復(fù)并無其他殘余值，不影響第二次加載試驗.為避免加載過程中砂袋堆積高度過高引起倒塌，根據(jù)力豎向45°角傳遞分配原則，在砂袋堆積高度達(dá)到1.5～2.0 m時，可加集中荷載擴(kuò)散分配后繼續(xù)模擬均布荷載，加載裝置如圖10所示；第二次試驗加集中荷載，邊界條件不變，加載直到破壞，加載裝置如圖11所示.

1.4測點(diǎn)布置

1.4.1撓度測點(diǎn)

B1板撓度測點(diǎn)布置如圖12所示，B2板撓度測點(diǎn)布置如圖13所示，B2板1#～9#測點(diǎn)布置在板上部，10#測點(diǎn)布置在板底部中心.

1.4.2鋼筋應(yīng)變測點(diǎn)

鋼筋應(yīng)變片選用B×1205AA型，B1板底部受拉鋼筋應(yīng)變片布置如圖14所示，B2板板底受拉鋼筋布置如圖15所示.

1.4.3混凝土應(yīng)變測點(diǎn)

混凝土應(yīng)變片選用B×12080AA型，B1板混凝土應(yīng)變片布置如圖16所示，B2板混凝土應(yīng)變片布置如圖17所示，B2板混凝土應(yīng)變片只布置在板上表面.

2試驗現(xiàn)象與結(jié)果分析

2.1試驗現(xiàn)象

1）均布荷載試驗：B2板均布荷載試驗過程中，當(dāng)加載高度為1.4 m時，荷載加到96 kN，跨中撓度值為0.36 mm，為計算跨度的1/7 777；當(dāng)荷載加到275 kN時，跨中撓度值為1.08 mm，為計算跨度的1/2 593，此時等效均布荷載大小已達(dá)到35 kN/m2，荷載撓度曲線幾乎呈線性增長，說明板還處于彈性范圍內(nèi)，板四周及板底均未出現(xiàn)任何裂縫.由于繼續(xù)加載過程相對困難，為防止意外事故發(fā)生，終止加載，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后卸載.

2）集中荷載試驗：B1板集中荷載試驗過程中，當(dāng)荷載加載到11 kN時聽到劈裂聲音，板底首先出現(xiàn)裂縫，此時跨中撓度值為4.33 mm，為計算跨度的1/650，隨后沿跨度方向板側(cè)面也逐漸出現(xiàn)可見裂縫；當(dāng)加載到17.7 kN時，跨中撓度達(dá)到14 mm，即L0/200，板此時達(dá)到規(guī)定使用狀態(tài)極限荷載，使用狀態(tài)極限荷載大小取17.7 kN；當(dāng)加載到28.1 kN時，跨中撓度達(dá)到56 mm，即L0/50，板此時達(dá)到規(guī)定承載力極限狀態(tài)，承載力極限荷載取28.1 kN；繼續(xù)加載到29.2 kN時，聽到明顯的“啪啪”聲，荷載無法繼續(xù)施加，而撓度急劇增加，板破壞標(biāo)志為跨中受壓區(qū)混凝土壓碎. B1板集中加載破壞后形態(tài)如圖18所示.

B2板集中荷載試驗過程中，加載到119 kN時，跨中撓度達(dá)到14 mm，即L0/200，板此時達(dá)到規(guī)定使用狀態(tài)極限荷載，使用狀態(tài)極限荷載大小取119 kN；加載到139 kN，板四周側(cè)面開始出現(xiàn)可見裂縫，板底裂縫由于四邊支撐情況，不方便觀察；當(dāng)加載到179 kN時，跨中撓度達(dá)到56 mm，即L0/50，板此時達(dá)到規(guī)定承載力極限狀態(tài)，承載力極限荷載取179 kN；繼續(xù)加載到181 kN時，聽到“砰”的一聲，板中心發(fā)生混凝土局部壓碎，荷載無法繼續(xù)施加，構(gòu)件破壞形態(tài)如圖19所示.

2.2結(jié)果分析

對B2板均布荷載試驗結(jié)果進(jìn)行分析，加載結(jié)束時板仍處于彈性階段，此時等效均布荷載大小已達(dá)到35 kN/m2，說明此拼裝式疊合雙向板具有良好的承載能力.

對B1和B2板集中荷載下破壞性試驗進(jìn)行對比分析，選取比較有代表性的數(shù)據(jù).

1）撓度：B1板荷載撓度測點(diǎn)曲線如圖20所示，B2板荷載撓度測點(diǎn)曲線如圖21所示.

撓度/mm

對圖20和圖21對比分析可得B1和B2板各測點(diǎn)荷載撓度曲線變化規(guī)律大體一致，但B2板峰值點(diǎn)荷載值遠(yuǎn)大于B1板，即B2板的承載能力遠(yuǎn)大于B1板.

僅對圖21分析，參考圖13測點(diǎn)布置位置，測點(diǎn)5和測點(diǎn)10在構(gòu)件破壞前的荷載撓度曲線幾乎重合，說明跨中上、下2個測點(diǎn)值都比較可靠，而測點(diǎn)10的最大位移大于測點(diǎn)5，且二者在最大荷載卸載后的走向不同，是因為測點(diǎn)10位于板下邊，發(fā)生局部破壞時位移比較大，測點(diǎn)5位于板上部，卸載后彈性變形恢復(fù)，測點(diǎn)10未恢復(fù). 測點(diǎn)2，4，6，8所得到的荷載位移曲線其形狀和走勢基本相似，特別是測點(diǎn)2和測點(diǎn)4的曲線幾乎完全重合，這2個測點(diǎn)分別位于雙向板通過中心點(diǎn)的且相互垂直的不同跨度方向上，即一點(diǎn)位于拼裝方向，另一點(diǎn)位于對應(yīng)的非拼裝方向，由此可以間接說明此拼裝式B2板具有明顯的雙向受力性能.

2）鋼筋應(yīng)變：B1板鋼筋應(yīng)變測點(diǎn)曲線如圖22所示，B2板鋼筋應(yīng)變測點(diǎn)曲線如圖23所示.

應(yīng)變/10-6

對圖22和圖23對比分析可得B1和B2板各測點(diǎn)鋼筋荷載應(yīng)變曲線上升段走勢大體一致，B2板曲線峰值點(diǎn)荷載值比較大，也間接說明了B2板的承載力高于B1板.

僅對圖23分析，從曲線上升段可以看出其形狀和走勢與其荷載撓度曲線相似，初始鋼筋應(yīng)變的增長均呈線性.參考圖15測點(diǎn)布置位置，測點(diǎn)H5上升段曲線略低于測點(diǎn)8，是因為在同一跨度上，測點(diǎn)H5比測點(diǎn)8離中心的距離稍近，所以承載的力較大；測點(diǎn)11上升段曲線略低于測點(diǎn)12，測點(diǎn)12上升段曲線略低于測點(diǎn)H5，也是因為測點(diǎn)11比測點(diǎn)12離中心的距離近，而測點(diǎn)12又比測點(diǎn)H5離板中心近的緣故.綜合分析這5個測點(diǎn)的鋼筋荷載應(yīng)變曲線，可以看出2個方向荷載傳遞比較均勻，再次得出B2板具有明顯的雙向受力性能.

3）混凝土應(yīng)變：B1板混凝土應(yīng)變測點(diǎn)曲線如圖24所示，B2板混凝土應(yīng)變測點(diǎn)曲線如圖25所示.

對圖24和圖25對比分析可得B1和B2板各測點(diǎn)混凝土荷載應(yīng)變曲線上升段走勢大體一致，B2板曲線峰值點(diǎn)荷載值比較大，也間接說明了B2板的承載力高于B1板.

僅對圖25分析，參考圖17測點(diǎn)布置位置，4個測點(diǎn)位于板上表面相互垂直的2個方向上，荷載應(yīng)變曲線走勢一致，說明B2板混凝土橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變具有相似的變化規(guī)律，2個方向的應(yīng)變發(fā)展非常協(xié)調(diào)，荷載近似均勻傳遞，可以證明B2板雙向作用的存在.

4）裂縫：B1的開裂荷載為11 kN，隨后裂縫繼續(xù)出現(xiàn)并開展，沿跨中往兩側(cè)基本呈對稱分布，第一條裂縫位于跨中板底位置，臨近破壞時各裂縫間距為5～10 cm.在試驗過程中，B2板由于支座條件限制，不能在試驗過程中觀察到板底裂縫的開展變化，只能觀察記錄板側(cè)四周裂縫的開展情況.

均布加載過程中，B2板整體未出現(xiàn)可見裂縫；集中加載過程中，B2板板側(cè)四周開裂情況基本一致. 首先出現(xiàn)裂縫的部位是支座外緣上部，這說明樓板在支座處有翹起現(xiàn)象. 隨后隨著荷載增大，原有裂縫繼續(xù)延伸發(fā)展并變寬，且板側(cè)不斷有新裂縫產(chǎn)生. 到板中心發(fā)生局部破壞時，破壞形態(tài)見圖19. 板上表面除了加載處均未出現(xiàn)任何裂縫，在試件卸載后用吊車吊起，觀測到雙向板板底中心部位嚴(yán)重受損，板底四角及拼縫處未出現(xiàn)比較明顯的裂縫.

根據(jù)板底裂縫開展及其分布規(guī)律，可以看出，此四邊簡支的拼裝式疊合板B2的破壞形態(tài)和裂縫開展規(guī)律與相同邊界支撐和加載形式的普通混凝土雙向板非常相似，這說明此拼裝式疊合板具有可靠的雙向受力性能且拼縫處抗剪性能良好.

3結(jié)論

1）均布荷載試驗說明此高跨比為1/20的新型拼裝式混凝土疊合樓板具有較高的承載能力，完全滿足正常使用荷載承載力要求.對于其他高跨比的板型，還有待后續(xù)的驗證.

2）集中荷載對比試驗，從荷載撓度、荷載應(yīng)變等情況均能充分證明此新型拼裝式混凝土疊合樓板具有明顯的雙向受力優(yōu)勢.

3）綜合分析表明，此新型拼裝式混凝土疊合樓板既有疊合雙向板承載力高、可縮短工期等優(yōu)點(diǎn)，又有拼裝板方便吊裝運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，有利于建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，可以促進(jìn)保障性住房建設(shè)的進(jìn)程，值得推廣應(yīng)用于實際工程中.

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