基于性能设计的叠合板刚度试验研究

张　轶

(枣庄学院 城市与建筑工程学院，山东 枣庄 277160)

基于性能设计的叠合板刚度试验研究

张轶

(枣庄学院 城市与建筑工程学院，山东 枣庄 277160)

摘要:通过对基于性能设计的叠合板和传统叠合板的静力进行对比试验，研究了基于性能设计的叠合板的刚度。试验表明，该类叠合板的刚度大于传统叠合板，多功能限位器的设置加强了叠合板的整体受力性能，提高了其刚度，并验证了拼缝构造措施的合理性。

关键词：性能设计；刚度；挠度；多功能限位器

中图分类号：TU375.2

文献标志码：码：A

文章编号：号：2095-4824(2015)03-0060-03

收稿日期：2015-03-17

作者简介：张轶(1985-)，男，山东枣庄人，枣庄学院城市与建筑工程学院实验师，工学硕士。

叠合板是预制和现浇混凝土相结合的一种较好结构形式。本文研究的基于性能设计的叠合板是在传统叠合板的基础上进行改进[1]，是一种带多功能限位器的预制叠合底板，其中多功能限位器是由一块矩形钢板轧制而成，共包括连接体、U型凹槽、上表面和下表面四个部分，即中间U型凹槽的位置为搁置钢筋区域，而墙板厚度的精确控制是通过多功能限位器上下表面的距离来实现。而传统墙体拉结筋和马蹬铁的功能则被中间连接体取代，这样无论是预制构件还是现浇构件，钢筋的位置和保护层都能精确控制，同时多功能限位器还加强了上下层钢筋的连接，提高了墙板的整体刚度和叠合构件叠合面的抗剪强度。本文将基于性能设计的叠合板与传统叠合板进行对比试验。

1　试验板的设计与制作

用于本次试验的两块试件板的板高均为130 mm，板宽均为880 mm，跨度均为3 880 mm，其中DB-1为内部未设置多功能限位器及无拼缝的传统叠合板，而DB-3为有拼缝且在拼缝处两侧对称设置多功能限位器的叠合板，即基于性能设计的叠合板，并且在拼缝处的构造钢筋与加设的多功能限位器之间形成空间桁架，加强了受力性能及拼缝处的刚度。预制底板混凝土和后浇层混凝土都采用强度等级为C30的混凝土，受力主筋为6根直径为12 mm的二级钢，构造筋为直径为5 mm的一级钢，混凝土保护层厚度均为15 mm[2]，两试件配筋、拼缝构造措施、多功能限位器及施工图如图1所示。

2　叠合板试验

2.1　加载方法和量测方法

由于宽度为880 mm的两块试件板的尺寸较大，因此在布置截面挠度测点时，应采取将测点对称布置在沿板宽的两侧，即截面的挠度值为对称两侧点实测挠度的平均值。其中该试件板的最大挠度值fmax应取自对称布置在跨中截面处两侧点的实测挠度的平均值，并且通过在试件板的两L/4处再布置两个对称测点，从而得到整个试件板的挠度曲线。最后，为了测量支座处可能出现的发生沉降，分别在两支座处布置一个测点，用来测定支座处出现的沉降值。

本文静力对比试验采用正位加载试验[3]。在试验时，试件板一端底部设置不动铰支座支撑，另一端底部设置滚动铰支座支撑。加载方法采用两个集中荷载来等效均布荷载，即等效荷载法，即在跨度三分点位置设置两个相等的集中荷载来完成新型叠合板的加载试验。图2为各测点布置及编号、试验加载模型及试验装置。

图1　试件详图

图2　试验加载模型及实验装置

2.2　试验现象

图3和图4给出了两试件板的实测荷载—跨中挠度曲线。从两试件板的实测荷载—挠度曲线中可以看出，两试件板在混凝土开裂前荷载与挠度近似成线性比例，表明两试件板均处于近似弹性工作阶段，并且此时两块尚未开裂的试件板的刚度都较大，挠度值都较小。再者比较一下两块试件板的荷载—挠度曲线和荷载—挠度曲线斜率，从中可以看出两实测荷载—挠度曲线非常相似，两荷载-挠度曲线斜率都较小，并且在图中均有一处显著的转折出现在开裂荷载值处。由于两块试件板在混凝土开裂后的刚度降低，并随着荷载的继续增加，导致挠度值增加速度加快，荷载—挠度曲线也变得较为平缓[4]。当荷载值达到实测极限荷载值时，两试件板的刚度急剧下降，各测点挠度值和裂缝宽度也急剧增加，这是因为此时两试件板中的受拉钢筋已经屈服。最终跨中挠度值达到接近L/50，并且最大裂缝宽度超过了1.5 mm的试件DB-1宣告破坏，而试件DB-3宣告破也因为在拼缝处两侧附近出现了超过1.5 mm的最大裂缝宽度。在两块试件板均宣告破坏后，将两试件板的荷载卸载至零，两试件板的挠度及裂缝宽度均出现一定程度的回复现象，但依然存在较大的变形残余值。

图3　试件DB-1的荷载-跨中挠度曲线

在荷载从零加载到38 KN时，从图中可以看出两试件板的挠度曲线十分接近，并且都较为丰满，继续加载到42 KN时，试件DB-1的挠度增加较快，但试件DB-3的挠度比较接近，并且发展缓慢，当加载到44.1 KN时，试件DB-1的跨中挠度值接近L/50，且最大裂缝宽度达到1.8 mm，宣告试件破坏。而当荷载加到52.6 KN时试件DB-3宣告破坏，拼缝处两侧附近出现1.6 mm的最大裂缝宽度。

图4　试件DB-3的荷载-跨中挠度曲线

3　试验结果分析

分析两试件板的跨中挠度值可以看出，两跨中挠度在荷载从零加载到38 KN时比较接近，但试件DB-1的跨中挠度值在荷载加到42 KN时急剧增加，而此时试件DB-3却呈现跨中挠度值发展缓慢现象。由此可以得出：试件DB-3的挠度值较小是因为多功能限位器提高了拼缝处的刚度，增强了构件的整体性，使原本薄弱处变成较强处，表明拼缝处的构造措施是合理有效的。当两试件板在最后宣告破坏时，都是因为在加载到实测极限荷载值时钢筋早已屈服，此时跨中挠度值都急剧增加，最大裂缝宽度都超过了1.5 mm，从而宣告破坏，但两试件板在荷载卸载至零后均出现一定程度的回复，说明两试件板在整个加载破坏过程中均表现为典型的延性破坏[5]。

表1　试验试件的挠曲形状(挠度比a′/a )

表1为在42 KN荷载时，在接近破坏1/4跨度处挠度值与跨中挠度值的比值(a′/a)。当比值为0.5时，挠度曲线为二折线状态。若比值较大，挠度曲线显示较为丰满，说明比值(a′/a)的大小表示试件挠度曲线的形状。表1结果表明，基于性能设计的叠合板刚度优于传统叠合板，说明拼缝处的构造措施是合理有效的。

4　结论

(1)在试验过程中，基于性能设计的叠合板的较大裂缝出现在拼缝处两侧附近，这是由于拼缝处钢筋空间桁架大大提高了拼缝的整体性，而相应的预制板边成为薄弱处，因此较大裂缝均集中在拼缝处两侧。

(2)试验结果验证了基于性能设计的叠合板的刚度比传统叠合板有较大提高，且增强式拼缝能实现了拼缝处无缝连接，具有施工方便、节省模板、缩短工期、提高施工质量等方面的优势，在实际工程中可以大力推广应用。

[参考文献]

[1]周旺华. 现代混凝土叠合结构[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3]GB50152-2012.混凝土结构试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[4]聂建国,陈必磊,陈戈，等.钢筋混凝土叠合板的试验研究[J].工业建筑,2003,33(12):43-46.

[5]孙世泉.混凝土叠合构件界面抗剪性能研究[D].重庆:重庆交通大学，2007.

(责任编辑：张凯兵)