陳建中， 王騰飛*， 張永舉

(1.河南省第二建設(shè)集團(tuán)有限公司， 河南 新鄉(xiāng) 453002； 2.河南清水建設(shè)科技有限公司， 河南 新鄉(xiāng) 453002)

隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，農(nóng)村住房的舒適性和節(jié)能性要求也越來越高，各類輕鋼別墅建筑也紛紛呈現(xiàn)。與這些輕鋼別墅建筑相配套的樓板，基本還是普通鋼筋混凝土或輕鋼梁加薄混凝土板結(jié)構(gòu)，普遍存在隔音、保溫、節(jié)能、居住舒適性差等問題。新型輕鋼保溫疊合混凝土樓板是新型復(fù)合材料樓板，與傳統(tǒng)的全現(xiàn)澆或預(yù)制樓板相比，結(jié)構(gòu)自重輕，施工方便，節(jié)省鋼筋、混凝土和模板用量，制作工業(yè)化，施工裝配化。因此，新型輕鋼保溫疊合混凝土樓板既具有預(yù)制板施工快速和縮短工期的優(yōu)點(diǎn)，又具有現(xiàn)澆板整體剛度大、抗裂、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有保溫節(jié)能、隔音等優(yōu)點(diǎn)。

國內(nèi)學(xué)者對鋼筋混凝土疊合樓板進(jìn)行了大量研究。聶建國等對4塊高強(qiáng)混凝土疊合板和6塊普通混凝土疊合板進(jìn)行了試驗(yàn)研究，討論了不同疊合面作法對疊合板抗剪性能的影響[1]。韓菊紅等通過對13塊鋼筋混凝土疊合板在集中荷載作用下的受沖切試驗(yàn)研究[2]，分析了板的受力機(jī)理及破壞形態(tài)。趙國輝等對疊合樓板進(jìn)行了施工階段的均布荷載試驗(yàn)研究[3]，對疊合板的受力開裂狀況和撓度變化規(guī)律進(jìn)行了分析。余泳濤等通過對10塊簡支板的靜力加載試驗(yàn)，研究了單縫密拼鋼筋混凝土疊合板的破壞形態(tài)、剛度、裂縫和承載力。Varthananthan等[4]對用于輕鋼框架結(jié)構(gòu)中的一種內(nèi)襯石膏板，以焊接卷邊槽鋼為承重骨架的輕質(zhì)組合樓板進(jìn)行了研究，并與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。Wellman等[5]對薄型組合樓板體系(由一組鋼梁、帶肋鋼板和輕質(zhì)混凝土組合而成)進(jìn)行了負(fù)重下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)試驗(yàn)研究。

驗(yàn)證結(jié)構(gòu)安全性能最為直觀、可靠、穩(wěn)定的檢測方法是荷載試驗(yàn)[6]。本文以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，針對新型輕鋼保溫疊合混凝土樓板承載能力、抗彎性能開展研究，采用最為直觀、可靠、穩(wěn)定的荷載靜力試驗(yàn)來研究此樓板的受力性能。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)試件

新型輕鋼保溫疊合混凝土樓板為非均質(zhì)材料，試件比例過小會導(dǎo)致失真，而且構(gòu)造也很難模擬，為了使試驗(yàn)更加真實(shí)，試驗(yàn)采用了等比例的試件。

試驗(yàn)樓板的長度為3.9 m，寬度為1.2 m，板厚為200 mm。樓板上層為60 mm厚鋼筋混凝土，混凝土強(qiáng)度等級為C30；下層板厚140 mm，由1 mm厚鍍鋅鋼板軋制而成的C型鋼與EPS泡沫復(fù)合而成。樓板橫截面如圖1所示。該樓板主要用于低層住宅建筑，恒載設(shè)計(jì)值為2 kN/m2，板的自重為750 kg。

圖1 樓板橫截面圖

1.2 試驗(yàn)方案

在樓板上表面混凝土層貼混凝土應(yīng)變片，用于測試各級荷載作用下和卸載后樓板混凝土應(yīng)變的變化情況。試件采用均布荷重塊堆載法，荷重塊按區(qū)格成垛堆放，一層12個(gè)荷重塊(其中單個(gè)荷重塊23 kg)，樓板加載采用荷重塊直接加載來模擬荷載，第一級荷載放12塊荷重塊，此后每級加12塊，到10級以后，每級加6塊荷重塊。在樓板上表面貼上9個(gè)混凝土應(yīng)變片，分別布置在板跨中、雙向四分點(diǎn)位置處，每個(gè)位置布置3個(gè)應(yīng)變片。在樓板下表面C型鋼處貼鋼筋應(yīng)變片，用于測試各級荷載作用下和卸載后樓板應(yīng)變的變化情況。采用電阻式應(yīng)變片和靜態(tài)應(yīng)變儀測試，共布置12個(gè)應(yīng)變測試點(diǎn)，分別布置在板跨中、雙向四分點(diǎn)位置與C型鋼交叉處，每個(gè)位置布置1個(gè)應(yīng)變片，所有的應(yīng)變測點(diǎn)均布置在樓板C型鋼的下表面。在樓板四周邊緣處設(shè)置10個(gè)位移計(jì)，用于測試在各級荷載作用下和卸載后樓板撓度的變化情況。測試儀表為精密百分表，共布置10個(gè)撓度測點(diǎn)，分別布置在板跨中、雙向四分點(diǎn)位置處。具體布置情況如圖2和圖3所示。

圖2 樓板頂板位移計(jì)應(yīng)變片及底面鋼筋應(yīng)變片分布圖

圖3 應(yīng)變片布置現(xiàn)場圖

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 主要受力情況

載荷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場如圖4所示。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

圖4 荷載試驗(yàn)現(xiàn)場圖

加載等級分級荷載/N各測點(diǎn)變形值 /mm1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#最大撓度/mm12 698.92-0.10-0.80-1.00-0.80-0.10-0.10-0.80-1.00-0.80-0.10-0.9025 397.84-0.20-1.60-2.10-1.50-0.20-0.20-1.50-2.00-1.60-0.30-1.9038 096.76-0.30-2.50-3.30-2.40-0.30-0.30-2.50-3.30-2.60-0.50-3.00410 795.68-0.60-3.50-4.70-3.50-0.60-0.50-3.60-4.80-3.80-0.80-4.15513 494.60-0.90-5.10-6.80-5.00-0.80-0.80-5.20-7.00-5.50-1.20-6.00616 193.52-1.30-6.70-9.00-6.60-1.10-1.00-6.90-9.30-7.20-1.70-7.95718 892.44-1.60-8.40-11.40-8.40-1.30-1.20-8.70-11.90-9.20-2.20-10.20821 591.36-2.00-10.80-14.80-10.70-1.60-1.50-11.20-15.40-11.80-2.80-13.25924 290.28-2.50-13.30-18.30-13.10-1.80-1.80-13.90-19.20-14.60-3.30-16.651026 989.20-3.20-15.40-21.30-15.20-1.90-2.10-16.10-22.40-16.90-3.80-19.451128 338.66-4.00-16.90-23.40-16.80-2.20-2.30-17.70-24.60-18.60-4.30-21.301229 688.12-4.30-18.00-25.00-17.90-2.30-2.50-18.90-26.00-20.00-4.50-22.501331 037.58-4.50-19.00-26.60-19.00-2.40-2.70-20.10-27.80-21.20-4.80-24.051432 387.04-4.70-20.70-29.10-21.00-2.50-2.90-21.90-30.30-23.30-5.10-26.301533 736.50-5.00-22.30-31.20-22.40-2.60-3.10-23.30-32.40-24.90-5.30-28.201635 085.96-5.20-23.60-33.10-23.80-2.90-3.40-24.70-34.20-26.20-5.40-29.801736 435.42-5.50-25.10-34.90-25.00-2.90-3.60-26.00-36.10-27.60-5.70-31.451837 784.88-5.80-26.30-36.60-26.30-3.20-3.90-27.40-38.00-29.00-6.00-33.05

續(xù)表1 持荷后各測點(diǎn)變形值及最大撓度匯總表

當(dāng)加載到最后一個(gè)等級，即22級時(shí)，荷載為43.18 kN，試驗(yàn)結(jié)束。此時(shí)，該樓板狀況良好，但樓板邊緣C鋼板發(fā)生變形，具體情況如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)完成現(xiàn)場圖

2.2 板上跨中荷載-撓度曲線的分析

選擇圖3中從左到右5個(gè)位置的位移計(jì)數(shù)據(jù)平均值，根據(jù)各個(gè)位置的撓度畫出荷載撓度曲線，如圖6所示。

圖6 荷載撓度曲線

加載過程中，荷載和撓度基本呈線性變化，輕質(zhì)樓板基本處于彈性工作狀態(tài)。但是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010—2010可計(jì)算此樓板的最大撓度限值為19.5 mm，從表1中可以得到，其設(shè)計(jì)正常使荷載下(2 000 N/m2，合計(jì)荷載8 784 N)所對應(yīng)的樓板最大撓度為3.32 mm(利用差分法計(jì)算)，達(dá)到正常使用極限狀態(tài)撓度限值19.5 mm時(shí)，所對應(yīng)的荷載等級為10級(26 989.20 N),以后隨著荷載的不斷增加，樓板跨中最大撓度也呈線性增大，直至試驗(yàn)停止。

2.3 荷載-應(yīng)變的關(guān)系

試件混凝土的荷載應(yīng)變曲線如圖7所示，數(shù)據(jù)來自混凝土應(yīng)變片的平均值。鋼板的荷載應(yīng)變曲線如圖8所示，數(shù)據(jù)來自跨中4個(gè)應(yīng)變片的數(shù)值。

圖7 混凝土的荷載應(yīng)變

圖8 鋼板荷載應(yīng)變圖

圖7和圖8表明，荷載應(yīng)變曲線基本上是線性變化的，這個(gè)特點(diǎn)在鋼板及混凝土上都有表現(xiàn)?；炷恋暮奢d應(yīng)變曲線顯示為負(fù)值，所以受壓，但在9級到10級時(shí)，中間的混凝土荷載突然加大，隨后又恢復(fù)正常，這個(gè)試驗(yàn)階段中試驗(yàn)樓板發(fā)出了劈裂聲。鋼板的荷載應(yīng)變曲線顯示應(yīng)變?yōu)檎?，所以為受拉，而且各?yīng)變測點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)隨著荷載的增加整體呈線性增長趨勢，但曲線中存在少許測點(diǎn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，比如應(yīng)變突然增大或者減小，可能是由于輕鋼保溫疊合樓板的整體剛度較小，加載上不完全均勻或者外界擾動，都可能對其造成影響。

3 結(jié) 語

(1)新型輕鋼保溫疊合樓板的破壞為彎曲破壞，其正常使用的極限承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于住宅工程樓板的設(shè)計(jì)承載能力，疊合板在破壞前能充分變形，屬于大撓曲塑性破壞，能夠保證結(jié)構(gòu)使用的安全性。

(2)新型輕鋼保溫疊合樓板疊合面能提供足夠的抗剪強(qiáng)度，充分發(fā)揮了上部混凝土的抗壓性能和下部C型鋼的抗拉性能，具有較好的協(xié)調(diào)變形共同受力特點(diǎn)。

(3)在加載至22級時(shí)，試驗(yàn)樓板沒有發(fā)生明顯的裂紋，只是局部C型鋼變形過大，抗彎性能良好。