HPFL預制空心樓蓋板整體性研究*

尚守平,楊 芳

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

HPFL預制空心樓蓋板整體性研究*

尚守平?,楊 芳

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

通過3種工況模擬地震作用下板下墻體的破壞，研究高性能水泥復合砂漿鋼筋網(HPFL)薄層作為板的疊合層對預制空心樓蓋板整體性加固的效果.試驗結果表明，板下不同位置支撐墻體破壞后，試件按空心板橫向懸挑板受力，板端部產生向下撓曲，空心板橫向懸挑長度為2塊板寬(1 000 mm)，疊合層與空心板未發生剝離；HPFL作為預制空心板的疊合層能有效提高預制空心樓蓋板的整體性，使空心板在水平面的2個垂直方向都連續，成為水平面內任意向剛度接近無窮大的橫向構件，使得結構的整體性及抗震性能得到保證.

HPFL；加固；預制空心板；整體性

建國以來，預制空心板以價格低、無需支模、施工快捷等優點在我國大規模工業化生產應用，在歷史上為我國的建設發展做出重要貢獻.但裝配式預制空心樓蓋板是單向受力的離散式樓蓋，地震時容易分散塌落.據不完全統計[1]，我國現役的預制空心樓蓋板接近40億m2，全部拆除重建難度大，因此對這些房屋進行加固是必要的.

在多次地震中，預制混凝土空心板樓蓋的破壞可以歸納為[2-3]以下三點：1)樓蓋板整體性差，導致樓蓋板在地震作用下分散塌落; 2)在砌體結構中, 砌體倒塌導致預制空心板分散墜落; 3)由于上部重物塌落, 預制板被折斷而墜落.

目前，預制空心板加固技術多用于樓面承載力不足的加固，分為粘貼纖維復合增強材料加固法[4]、粘貼鋼板加固法[5]、高性能水泥復合砂漿鋼筋網加固法[6]、粘貼竹板加固法[7]等.對于整體性的加固，王鳳來等[8]在空心板板長方向用鋼筋進行捆綁、張拉, 在一定程度上能增強空心板的整體性，但綁扎的鋼筋與空心板之間僅靠鋼筋與邊板的錨固，中部預制板與鋼筋的連接無保障，板與加固層易發生剝離.韓明飛[9]在預制板屋面增加角鋼，能增強水平構件和豎向構件的連接；但未對板本身整體性進行加固，且角鋼造價高，不太適用于農村地區.胡克旭等[10]在單塊空心板頂鋪設C40混凝土，配置雙向鋼筋，開裂荷載提高49%，但未對多塊拼裝預制板整體性進行研究.

綜上所述，預制板的加固缺乏對板整體性的系統加固.為了研究HPFL加固預制空心板整體性的可行性，在湖南大學結構實驗室進行2組不同寬度的預制空心樓蓋板HPFL加固；考慮地震作用的不確定性，模擬板下支撐系統不同位置的破壞，通過試驗結果對比分析HPFL疊合層與預制空心板各板的撓度、開裂荷載、剝離情況等，研究HPFL加固預制空心樓蓋板的整體性的效果.

1 試驗方案

1.1 試驗目的

通過對兩組拼裝而成的預制混凝土空心樓蓋板進行不同寬度的HPFL加固，模擬地震作用下不同位置板下支撐系統的破壞.通過觀測各板的撓度，驗證HPFL作為疊合層能否使拼裝的預制空心板整體化，增強板的整體性.

1.2 試件制作

試驗分為2組，編號為PCHP-1和PCHP-2，每組試件由4塊2 100 mm×500 mm×120 mm預制空心板購成品拼裝成2 100 mm×2 000 mm×120 mm的樓蓋板.圖1和圖2為PCHP-1和PCHP-2疊合層鋪設示意圖，疊合層具體參數見表1,表2和表3為不同砂漿配合比及材性試驗值.

砌筑兩面軸線間距2 100 mm，高600 mm的24墻， 預制空心板與墻半搭接，如圖3(a)所示.在鋪設HPFL條帶處的板面使用鑿毛墩頭對板面鑿毛，粗糙度滿足Ⅱ級粗糙度[11]，鋪設素混凝土砂漿處的板面無需處理.在如圖3(b)所示位置鉆孔，孔洞直徑約為8 mm，孔深65 mm，清理、潤濕孔洞后使用無機植筋膠植入剪切銷釘[11-12]，如圖3(b)和(c)所示.無機植筋膠強度達到要求后，將鋼筋網和剪切銷釘用鐵絲綁扎、固定.根據圖1，滿鋪20 mm厚的HPFL疊合層；根據圖2，在板長方向鋪設兩條各600 mm寬的HPFL條帶疊合層，中間部分鋪設20 mm厚的水泥砂漿疊合層，室溫下養護14 d.(14 d疊合層砂漿即已達到實驗要求).養護7 d時，空心板按圖4砌250 mm高，60 mm寬的磚槽.

圖1 PCHP-1 疊合層鋪設示意圖

圖2 PCHP-2 疊合層示意圖

表1 疊合層具體參數Tab.1 Special parameters of composite cover

表2 疊合層砂漿強度和配合比

Tab.2 The mix proportion and mortar strength of composite cover

砂漿種類42.5#普通水泥砂(D≤0.25)外加劑水HPFL1.002.200.180.32素水泥砂漿1.005.0300.79

圖3 試件制作細部示意圖

表3 材料力學性能Tab.3 Mechanical properties of materials

1.3 試驗工況

試驗分為3個工況：工況1為模擬板上活荷載，采用沙土進行4級加載(如圖4(a)所示)，觀測板長方向的撓度和各板裂縫發展情況.工況2為模擬地震作用下邊板板下支撐系統破壞，掏空圖4(b)所示的墻體.工況3在工況2的基礎上掏空如圖4(c)所示墻體，模擬中間2塊板下支撐系統破壞.圖4(d)所示為各工況下測點布置圖，測點均布置在板底.

圖4 工況及測點示意圖

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果對比分析

從圖5，圖6和圖7可看到，在活荷載考慮2倍動力系數下，PCHP-1和PCHP-2三種工況下各測點的撓度值相近，疊合層和空心板未發生剝離或滑移，且任一空心板未發生分散坍塌的現象，試件的疊合層和空心板仍為一個整體.說明HPFL疊合層能有效地增強空心板的整體性.

各工況下觀測試件板底裂縫,試驗結束后觀測板面疊合層裂縫,均未發現肉眼可視裂縫(如圖8所示).

工況1各測點

試件測點

圖7 工況2,3試件撓度

圖8 各試件表面裂縫

2.2 有限元模擬結果對比

采用Abaqus進行有限元模擬，預制空心板和HPFL疊合層采用Solid三維實體單元，鋼筋采用 Truss 單元，空心板、疊合層采用混凝土損傷塑性模型，板圓孔采用正方形空洞替代，不考慮板縫之間砂漿填充的作用.通過有限元模擬分析，有限元云圖如圖9所示.由表4可以看出，試驗所測空心板的撓度值與有限元模擬的撓度值吻合良好.由于HPFL的作用，在板件上部受拉的受力狀態下，板件破壞有一定的征兆，并非地震中的墻體一塌板即壞的現象，說明HPFL疊合層能有效改善預制空心板脆性破壞特性，增加結構的延性.

在2倍動力荷載系數下，疊合層HPFL鋼筋網未達到屈服極限、砂漿層未發生裂縫，且試驗最大彎矩值只達到了試件開裂彎矩值的67%(見表5).說明使用HPFL加固預制空心樓蓋板能在增加板的剛度的同時增強板的承載力.

圖9 有限元分析圖

表4 撓度試驗值與計算值對比Tab.4 Final deflection compare between test values and calculated values mm

表5 試件的開裂彎矩值與計算值對比

Tab.5 Compare between calculated cracking moment values and test cracking moment values

試件編號最大彎矩試驗值/(kN·m)開裂彎矩計算值/(kN·m)試驗最大彎矩與開裂彎矩的比值PCHP-10.8783.511.8257.30.480.48PCHP-20.8783.511.35.20.670.675

3 結 論

高性能水泥復合砂漿鋼筋網(HPFL)薄層作為預制空心樓蓋板的疊合層，能有效地使樓板整體化,在板下支撐系統受損、破壞下，仍作為一個整體，是解決空心板致命弱點的廉價施工方法.

1)預制裝配整體化樓蓋由于HPFL的作用，不會因局部支座失效導致樓板塌落.

2)HPFL疊合層增強預制空心樓蓋板在水平面2個垂直方向的剛度，使得該樓蓋房屋可以抵御水平面2個垂直方向的地震作用.

3)預制裝配整體化樓蓋的施工無需支模板，因此造價低廉，施工簡捷.

4)HPFL作為預制空心樓蓋板的疊合層為預制空心樓蓋板再次使用和地震區原有房屋的加固提供了一種廉價、高效、安全有效的加固技術.

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Integrity Research on Precast Concrete Hollow Slabs

SHANG Shou-ping?, YANG Fang

(College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)

The reinforcement effect of the high performance ferro-cement laminates (HPFL) was investigated as composite covers of precast concrete hollow slab on the integrity of precast concrete hollow slabs by three conditions under simulated earthquakes action. The results have shown that slabs and composite covers have not debonded after the destruction of the supporting wall at different locations, even two hollow slabs cantilevered at lateral. As the composite cover of precast hollow plate, HPFL can effectively improve the integrity of precast hollow floor slab, make hollow slab continuous at two vertical directions of horizontal direction, and any stiffness of the horizontal components in this plane approaches infinity, so that structural integrity and earthquake resistant performance of hollow slabs are guaranteed.

HPFL；strengthening; precast concrete hollow slab; integrity

2014-10-28

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAJ08B02)

尚守平(1953-)， 男，山東黃縣人，湖南大學教授，博士生導師

?通訊聯系人，E-mail:sps@hnu.edu.cn

1674-2974(2015)11-0095-05

U448.32

A