基于性能設計的疊合板承載力試驗研究

張 軼

（棗莊學院 城市與建筑工程學院，山東 棗莊 277160）

本文研究的基于性能設計的疊合板是在傳統疊合板[1]的基礎上進行改進，是一種帶多功能限位器的預制疊合底板，即將一塊矩形鋼板制作成由上表面、下表面、U型凹槽和連接體四部分組成的多功能限位器預埋在疊合底板中.多功能限位器上下表面的距離能精確控制墻板厚度，鋼筋的位置為多功能限位器上的U型凹槽的位置，中間為連接體，這樣無論現澆或預制，都能精確控制保護層厚度和鋼筋位置，從而可以取代傳統的馬蹬鐵和墻體拉結筋，并且多功能限位器還加強了上下層鋼筋的連接，提高了墻板的整體受力性能，并且還提高了疊合構件疊合面的抗剪強度，可做抗剪鍵.本文就是將這種基于性能設計的疊合板與傳統疊合板進行對比試驗研究.

1 試驗板的設計與制作

本次試驗的兩塊試件板的板高均為130mm，板寬均為880mm，跨度均為3880mm，其中DB-1為無拼縫傳統疊合板，內部未設置多功能限位器；DB-3為設置多功能限位器的基于性能設計的疊合板，拼縫兩側對稱設置多功能限位器，并且拼縫處加設多功能限位器與拼縫處構造鋼筋形成空間桁架.預制底板混凝土和后澆層混凝土都采用強度等級為C30的混凝土，受力主筋為6根直徑為12mm的二級鋼，，構造筋為直徑為5mm的一級鋼，混凝土保護層厚度[2]為均15mm，兩試件配筋、拼縫構造措施、多功能限位器及施工照如圖1所示.

圖1 試件詳圖

2 疊合板試驗

2.1 加載方法及量測方法

鋼筋應變片粘貼：在傳統疊合板（DB-1)純彎段內，板底部縱向受拉鋼筋中點處貼鋼筋應變片；在基于性能設計的疊合板（DB-3）拼縫處左側下部受拉鋼筋處粘貼鋼筋應變片.

混凝土應變片粘貼：在跨中混凝土表面按三等分點原則布置四個混凝土應變片，分別為壓區頂面一點、拉區底面一點、中間兩點.

本文靜力對比試驗采用正位加載試驗[3]，在試驗時，試件板一端底部設置滾動鉸支座支撐，另一端底部設置不動鉸支座支撐.加載方法采用兩個集中荷載來等效均布荷載，即等效荷載法.即在跨度三分點位置設置兩個相等的集中荷載來完成新型疊合板的加載試驗.圖2為試驗加載模型及試驗裝置.

圖2 試驗加載模型及實驗裝置

2.2 試驗現象

當試件DB-1開始受力以后，其應力和變形只是略有增加，此時通過裂縫測寬儀仔細觀察試件板底面與側面是否出現裂縫，當加載到10KN荷載值并持續10min后，通過裂縫測寬儀發現了第一條裂縫出現在板底，這時第一條裂縫與試件寬度方向大致平行且寬度較細，此時，10KN為DB-1的實測開裂荷載.此后，裂縫數量隨著荷載繼續加大也在繼續增多，并且裂縫也開始沿試件板的側面向上發展且向著試件支座處繼續增多，而板底的裂縫也在沿著試件跨度方向繼續增多，裂縫由跨中向板的兩支座端大致成對稱發展，而試件DB-3在開裂前與DB-1變形基本一致，當荷載加到10KN并持載一段時間后在板底出現第一條裂縫，此時，10KN也為DB-3的實測開裂荷載.隨著繼續加載，裂縫增多，裂縫均在拼縫兩側處產生，拼縫處未出現裂縫，裂縫也由拼縫處兩側向試件兩端方向發展，當達到極限荷載時，拼縫處只出現較小裂縫未出現大裂縫，且寬度較小，發展緩慢.

根據鋼筋拉伸性能試驗，實測受拉鋼筋的彈性模量為2.0×105N/mm2，屈服強度為415N/mm2，相應的鋼筋屈服應變為0.00205.在正式試驗過程中，當試件DB-1加載到38kN荷載時其受拉鋼筋的平均應變超過了屈服應變，荷載加到44.1kN時受拉鋼筋的應變達到0.01，此時荷載值為試件DB-1的極限荷載[4]；當試件DB-3加到46kN荷載時其受拉鋼筋的平均應變超過了屈服應變，荷載加到52.6kN時受拉鋼筋的應變達到0.01，此時荷載值為試件DB-3的極限荷載.根據上述對試驗現象的描述以及確定實測開裂荷載值和極限荷載值的方法，得出以下實測荷載值，如表1所示.

表1 各試件板的實測開裂荷載值和極限荷載值

各試件板受拉鋼筋的實測荷載—應變關系曲線如圖3、4所示.

圖3 DB-1板受拉鋼筋的荷載—應變曲線圖

圖4 DB-3板受拉鋼筋的荷載—應變曲線圖

圖5 、6為各試件板跨中四處混凝土應變片的實測荷載—應變曲線.

圖5 DB-1板側面混凝土荷載—應變曲線

圖6 DB-3板側面混凝土荷載—應變曲線

從圖5、6中可以看出，在混凝土開裂前，兩試件板C、D點的混凝土應變非線性變化均較小且應變值也較小，當混凝土開裂后，C、D點的混凝土應變非線性變化較大且都有較大幅度增長，尤其D點混凝土應變更發生突變.當荷載加到18KN時，試件DB-1的D點混凝土拉應變顯示為789個微應變，隨著荷載繼續增大到22KN時，D點混凝土應變片的讀數為10000，即儀器的滿量程，應變片被拉斷，繼續加載到34KN時，C點的混凝土拉應變為1489個微應變，當荷載達到38KN時，C點混凝土應變片的讀數為10000，應變片被拉斷；當試件DB-3荷載加載到實測極限荷載52.6KN時，試件DB-3的D點混凝土應變片未被拉斷，應變顯示為617個微應變.

3 試驗現象分析

通過試驗現象可以看出DB-3拼縫處D點的混凝土應變片未被拉斷而且其承載力高于試件DB-1的承載力，這說明拼接板拼縫處的構造措施是合理有效的，拼縫處的構造措施是通過兩側預留鋼筋相互搭接一定長度，然后彎起至后澆混凝土層頂部，然后再在兩根彎起的頂部鋼筋中間搭接一根連接筋，從而形成了一個類似鋼結構的空間桁架，而試件DB-3更在空間桁架中加設了一個多功能限位器，更加大大增強了空間桁架的受力性能，從而對提高拼接疊合板的承載能力是有利的，實現了使薄弱處變成較強處的設計目的，這正是多功能限位器的使用加強了疊合面的抗剪強度[5]，增強了疊合板的整體性和剛度，間接提高了疊合板的承載力.

4 結論

（1）基于性能設計的疊合板采取的拼縫構造措施（鋼筋空間桁架）能夠實現拼縫處無縫連接，保證了拼縫有效的傳遞彎矩，提高了拼接疊合板的承載能力.

（2）拼縫處鋼筋空間桁架是影響拼接疊合板受彎承載力的一個重要因素，可以通過改進鋼筋空間桁架強度使傳力更加有效，更深一步的開發拼接疊合板的承載潛力.

（3）試驗中的傳統疊合板在疊合面出現了一些微小的水平裂縫，而基于性能設計的疊合板未在疊合面出現裂縫，說明多功能限位器加強了疊合板的整體性，保證了疊合面的抗剪強度

（4）試驗結果證明了增強式拼縫是合理有效的，實現了拼縫處無縫連接，因此拼接疊合板以及按雙向受力設計的疊合板均可以廣泛應用于實際工程中.并且這種新型疊合板具有方便施工、節省模板、精確控制混凝土保護層厚度，定位鋼筋位置，提高施工質量、縮短工期等方面的優勢，應該在實際工程中大力推廣和應用.

〔1〕周旺華.現代混凝土疊合結構[M].北京:中國建筑工業出社,1998.12-180.

〔2〕GB50010-2010.混凝土結構設計規范[S].中華人民共和國國家標準.北京:中國建筑工業出版社,2010.

〔3〕GB50152—92.混凝土結構試驗方法標準[S].中華人民共和國國家標準.北京:中國建筑工業出版社,2002.

〔4〕聶建國,陳必磊,陳戈,等.鋼筋混凝土疊合板的試驗研究[J].工業建筑,2003,33(12):43-46.

〔5〕孫世泉.混凝土疊合構件界面抗剪性能研究[D].重慶:重慶交通大學，2007.6-42.