金 義， 張宗軍， 王 瓊， 謝 劍

(1.天津大學 建筑工程學院，天津 300354； 2.深圳海龍建筑科技有限公司，深圳 518110)

0 引言

近年來在政策持續(xù)推動、建筑技術持續(xù)升級的背景下，我國裝配式建筑行業(yè)迎來快速發(fā)展[1-2]。裝配式樓板屬于整個體系中的一部分，無論是它的受力傳力機制還是設計建造方式都對結構起到非常重要的作用[3]。目前我國主要以裝配整體式疊合樓板為主，采用等同現(xiàn)澆的設計理念和建造方法[4]。相關研究結果表明[5-6]：裝配整體式疊合樓板鮮有體系上的突破，建筑類型和結構形式較為單一；設計裝配率不高，現(xiàn)場施工質(zhì)量也不容樂觀，且對環(huán)境的影響依然很大。

在總結國內(nèi)外相關研究的基礎上，研究了全預制裝配式樓板板縫連接的受彎性能。通過環(huán)扣鋼筋與中間插筋進行板縫連接，再對連接部位現(xiàn)場澆筑混凝土形成整體。此種節(jié)點構造形式簡單，拼接方便，施工期間免除大量模板，直接現(xiàn)場吊裝完成，濕作業(yè)少，構件集成化程度高，大大提高了生產(chǎn)和建造效率。

1 試驗概況

1.1 試件設計及制作

根據(jù)某實際工程項目，共設計3個試件：試件WLB-1為作對比的整澆樓板；WLB-2和WLB-3為全預制拼接樓板，由2塊預制樓板和寬250 mm的板縫拼接而成，每塊預制樓板通過預埋環(huán)扣鋼筋相互連接形成整體。試件WLB-3垂直環(huán)扣鋼筋方向放置4根C10插筋，試件WLB-2未設置插筋。試件由山東海龍建筑科技有限公司負責制作養(yǎng)護完成，然后運至實驗室進行試驗。樓板主要參數(shù)如表1所示，試件拼接形式及試件尺寸配筋如圖1、圖2所示。

圖1 試件拼接形式

表1 試件的主要參數(shù)

圖2 試件尺寸及配筋(單位：mm)

試件WLB-2和試件WLB-3的制作流程：首先在鋼模板中綁扎每塊預制板的鋼筋，然后澆筑混凝土，后澆位置底面進行拉毛，側面花紋板面處理；養(yǎng)護完成后將2塊板拼接在一起，澆筑拼縫混凝土形成整體，試件制作如圖3所示。

圖3 試件制作圖

1.2 材料力學性能

試件WLB-1與試件WLB-2、WLB-3預制部分的混凝土強度等級為C30，實測立方體抗壓強度平均值為31.0 MPa；試件WLB-2、WLB-3后澆板縫位置混凝土強度等級為C35，實測立方體抗壓強度平均值為33.2 MPa。試件配筋采用HRB400級鋼筋，C10實測屈服強度fy=430 MPa，極限強度fu=615 MPa，屈服應變εy=2 150×10-6；C14實測屈服強度fy=435 MPa，極限強度fu=650 MPa，屈服應變εy=2 175×10-6。

1.3 試驗加載方案及測點布置

試件采用液壓千斤頂進行豎向加載，并通過分配梁將荷載作用在試件上，試驗加載裝置如圖4所示。試驗采用分級加載方式，每級荷載在加載完畢后持荷10 min。試件在彈性階段時，每級荷載遞增5 kN，并記錄荷載、撓度等數(shù)據(jù)。當試件出現(xiàn)裂縫后，每級荷載改為10 kN進行遞增，直至試件破壞或達到承載能力極限狀態(tài)時停止試驗。

試驗量測的主要內(nèi)容有施加的豎向荷載、試件的豎向位移、鋼筋的應變。采用力傳感器量測施加的豎向荷載大小，力傳感器安裝在千斤頂與分配梁之間。采用位移計量測試件的豎向位移，在支座板頂處布置位移計D1和D5，量測支座的位移及樓板翹起；在兩加載點板底處布置位移計D2和D4，量測加載點處豎向位移；在跨中板底位置兩側布置位移計D3和D6，量測試件跨中位移。鋼筋電阻應變片布置在環(huán)扣鋼筋與插筋上，整澆樓板布置在跨中底部鋼筋上。試驗測點布置如圖4、圖5所示。

圖4 試件加載裝置圖

圖5 鋼筋應變片布置圖

2 試驗現(xiàn)象及結果分析

本次試驗中主要試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示，以下分別對試驗現(xiàn)象和試驗結果進行分析。變形比θ表示試件撓度與跨度之比。

表2 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.1 試驗現(xiàn)象

試件WLB-1加載到60 kN時，跨中位置及兩側距跨中250 mm處板底出現(xiàn)裂縫；隨著加載進行，出現(xiàn)的裂縫分布較為均勻，并且不斷延伸；加載到130 kN時，跨中及相鄰裂縫寬度較為明顯，撓度持續(xù)增加；當撓度增加至60 mm時，試件達到承載能力極限狀態(tài)，終止試驗。

圖6 接縫處的收縮裂縫

試件WLB-2荷載增加到10 kN時，即發(fā)現(xiàn)拼縫處出現(xiàn)混凝土細微裂縫(應為后澆混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮裂縫，如圖6所示)；荷載增加到60 kN時，環(huán)扣鋼筋錨固位置處出現(xiàn)受拉裂縫；加載至140 kN時，環(huán)扣鋼筋錨固位置裂縫寬度加大；繼續(xù)加載，底部鋼筋位置裂縫寬度極為明顯時，終止試驗。最終破壞形態(tài)，中間后澆部分無明顯變化。

試件WLB-3在加載到120 kN過程中，與WLB-2的試驗現(xiàn)象基本相同；當荷載到達120 kN時，板挑耳處出現(xiàn)水平裂縫；荷載增加到140 kN時，挑耳處與后澆位置突然脫開，斜向裂縫直通板頂；持續(xù)加載至160 kN時，后澆拼縫處與環(huán)扣鋼筋錨固位置裂縫寬度較為明顯。繼續(xù)加載，撓度急劇增長，當撓度增加至60 mm時，試件達到承載能力極限狀態(tài)，終止試驗。試件WLB-3破壞如圖7所示。試驗結束后各試件側面裂縫分布如圖8所示。

圖7 WLB-3破壞圖

圖8 裂縫分布圖

2.2 荷載-撓度曲線

圖9 荷載-撓度曲線

試驗樓板的荷載-撓度曲線如圖9所示，撓度取位移計D3和D6量測的平均值，并考慮支座位移(D1、D5量測值)的影響。環(huán)扣鋼筋連接的2個試件加載到20 kN時，拼縫處兩側均出現(xiàn)裂縫，但是直到環(huán)扣鋼筋錨固位置處出現(xiàn)裂縫之前，荷載-撓度曲線一直呈線性增長，拼縫處裂縫無明顯加寬。經(jīng)分析拼縫處裂縫是在試件制作時新舊混凝土界面粘結不足，導致荷載較小時裂縫出現(xiàn)，認為環(huán)扣鋼筋錨固位置出現(xiàn)裂縫的荷載為開裂荷載。荷載-撓度曲線對比表明：環(huán)扣樓板試件與整澆樓板試件曲線發(fā)展趨勢基本一致，加載初期試件撓度呈線性增長，從圖9中可以看出3個試件開裂荷載在60 kN左右；隨著荷載的不斷增加，整澆樓板剛度下降明顯，有插筋樓板整體剛度最大。試驗結束前，3個試件的荷載-撓度曲線仍有略微上升的趨勢，但均因撓度過大終止試驗而未達到試件所能承載的最大荷載值(材料破壞)。試件WLB-3荷載-撓度曲線在140 kN時，由于挑耳與后澆混凝土脫開，造成荷載突降至120 kN。最終3個試件的承載力WLB-3最大為160 kN，WLB-2與WLB-1的承載力分別為150 kN和140 kN。

2.3 剛度及變形能力

圖10 割線剛度-撓度曲線

試件不同狀態(tài)的割線剛度K可取豎向荷載與對應的豎向跨中位移的比值[7]，利用試驗所測數(shù)據(jù)可以得到3個試件的割線剛度，并繪制割線剛度-撓度曲線如圖10所示。由圖10可以看出，加載初期，由于裝配式樓板在接縫處過早開裂， 導致裝配式樓板的剛度低于整澆樓板；而整澆樓板的剛度曲線較陡，說明其早期剛度退化更為嚴重；最終3個試件曲線下降后逐漸平緩，退化規(guī)律基本一致。根據(jù)圖10曲線擬合出剛度退化規(guī)律的表達式，如表3所示。

表3 各試件剛度擬合公式

2.4 鋼筋應變

圖11 試件WLB-2荷載-鋼筋應變曲線

為分析環(huán)扣鋼筋對樓板變形與承載能力的作用，繪制試件的荷載-鋼筋應變曲線如圖11所示。從圖11可以看出，無插筋樓板WLB-2環(huán)筋上部一直處于受壓狀態(tài)，在試驗終止時由于后澆部分無明顯現(xiàn)象變化，環(huán)筋中部與下部位置鋼筋應變變化不大。有插筋樓板WLB-3中間挑耳突然脫開后，變形突然增大，環(huán)筋上部位置由受壓變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，環(huán)筋下部受力較大，最先達到屈服狀態(tài)；由于下部插筋與環(huán)筋相互約束作用，承載力仍有一定的增長，說明插筋的存在能夠使環(huán)扣鋼筋充分發(fā)揮作用，從而有效提高試件的變形與承載能力。

3 結論

通過對2個環(huán)扣鋼筋連接樓板和1個整澆樓板足尺試件的受彎試驗研究，得出以下結論：

(1) 環(huán)扣連接樓板與整澆樓板的裂縫分布大致相同，3個試件均發(fā)生受彎破壞。

(2) 在本試驗的配筋情況下，裝配式樓板的承載力不僅不低于整澆樓板，反而提高了8%～23%，裝配式樓板節(jié)點環(huán)扣鋼筋配筋較大，還有相應的優(yōu)化空間。

(3) 與無插筋環(huán)扣連接樓板試件相比，由于有中間插筋的作用，不論是承載力、剛度還是變形能力，有插筋環(huán)扣連接樓板試件都有明顯的提高。

(4) 在環(huán)扣連接樓板試驗中，當荷載較小時，后澆帶位置就出現(xiàn)裂縫，說明后澆位置底面拉毛，側面花紋板面的處理措施無法滿足新舊混凝土的粘結性能，建議在施工時應添加界面劑或者膨脹劑等措施使節(jié)點連接更有效。