裝配式疊合雙向板受力性能實(shí)驗(yàn)研究及分析

計(jì)策

（汕頭高新區(qū)科創(chuàng)投資開發(fā)有限公司，廣東 汕頭515051）

1 引言

2012 年以來(lái)，合肥市立足于建筑產(chǎn)業(yè)化“千億產(chǎn)業(yè)”目標(biāo)，全市裝配式建筑工作取得顯著成效，目前，裝配式建筑年設(shè)計(jì)產(chǎn)能（PC）已達(dá)到7×106m2，截至2016 年年底，合肥市裝配式建筑項(xiàng)目已開工和計(jì)劃開工面積累計(jì)達(dá)5×106m2。但目前已有規(guī)定限制裝配式疊合板剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的層高在18 層以下，建筑高度不超過(guò)60m，當(dāng)前的裝配式建筑發(fā)展急需突破這個(gè)技術(shù)關(guān)隘，其中，疊合式樓板的受力性能能否與現(xiàn)澆雙向板一致直接關(guān)系到建筑高度的發(fā)展[1]。

雙拼式疊合板是預(yù)制部分（2 塊預(yù)制板拼接）以及格構(gòu)鋼筋和現(xiàn)澆部分在界面結(jié)合，形成整體受力的混凝土疊合式雙向板，具有制作速度快，受氣候條件制約小，節(jié)約勞動(dòng)力并可提高建筑質(zhì)量等特點(diǎn)。我國(guó)現(xiàn)階段工程中所使用的疊合板一般為單向板，對(duì)于疊合式雙向板的研究還不完善，此次足尺靜載試驗(yàn)就是要研究探討這種疊合式雙向板和現(xiàn)澆雙向板在受力時(shí)的異同點(diǎn)[2]。

2 雙拼式疊合式雙向板靜載試驗(yàn)簡(jiǎn)介

2.1 靜載試驗(yàn)材料及支撐條件

本次實(shí)驗(yàn)總共設(shè)計(jì)4 塊雙向板，所有板的尺寸均為4400mm×3300mm×120mm。板的編號(hào)：B-1 為普通現(xiàn)澆雙向板，B-2、B-3、B-4 為同尺寸的雙拼疊合式雙向板（預(yù)制層厚度為60mm）。

混凝土：采用C30 等級(jí)混凝土。

鋼筋：采用HRB400 鋼筋，短跨配筋φ6mm@150mm，長(zhǎng)跨配筋φ6mm@250mm（見表1）。

板在拼縫處配筋按DB34/T 810—2008《疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中錨固配筋的要求配置[3]。

表1 鋼筋材料參數(shù)

所有板均放置在250mm 寬的剛性梁上，疊合預(yù)制板部分的配筋如圖1 所示。

圖1 疊合預(yù)制板部分的配筋示意圖

2.2 靜力加載設(shè)計(jì)

豎向荷載加載所使用的為鐵塊、沙袋、混凝土梁，鐵塊、沙袋、混凝土梁的質(zhì)量分別為10kg、20kg、250kg。

2.3 量測(cè)儀器的選擇及布置

1）泰斯特靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀：用于采集各級(jí)荷載加載下各位移計(jì)的位移值（見圖2a）。

2）YHD-50 型位移計(jì)：記錄板在試驗(yàn)過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)的位移值（見圖2b）。

3）40 倍裂縫觀察儀：讀取板底開裂裂縫的寬度[4]，（見圖2c）。

圖2 量測(cè)儀器示意圖

3 撓度、裂縫開展試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 板的撓度分析

在4 塊板的加載結(jié)束后，觀察了板的開裂情況，并確定板的實(shí)際開裂荷載，列出了現(xiàn)澆雙向板按彈性理論計(jì)算的開裂荷載（見表2）。

表2 開裂荷載與計(jì)算開裂荷載對(duì)比

3.2 撓度結(jié)果對(duì)比及分析

實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)擬合曲線顯示（見圖3），雙拼疊合式雙向板撓度最大處和現(xiàn)澆雙向板是相同的，出現(xiàn)在板的中點(diǎn)[5]。

圖3 雙拼疊合板板底各測(cè)點(diǎn)撓度

B-1、B-2 板，主要觀察2 塊板在各加載階段撓度最大處的變化情況，如圖3 所示，現(xiàn)澆雙向板和雙拼疊合板在彈性階段的最大撓度變化規(guī)律基本相同，進(jìn)入塑性階段后略微有差異但不大，在實(shí)際工程應(yīng)用中可忽略不計(jì)。

B-3、B-4 板，主要觀察2 塊板在進(jìn)入彈塑性階段后撓度最大處的變化情況，在加載過(guò)程中，B-3、B-4 板表現(xiàn)出了良好性能，在開裂荷載前的荷載-撓度曲線與現(xiàn)澆板基本一致，呈

現(xiàn)出線性變化。這表明在彈性階段，彈性薄板理論同樣可以應(yīng)用于雙拼疊合式雙向板[6]。

應(yīng)用彈性薄板小撓度理論，簡(jiǎn)支邊界條件板在均布荷載下的納維爾解法可得到以下簡(jiǎn)化公式：

式中，ωmax為板的最大撓度；h為板厚度；q0為均布荷載的大小；a、b為板的長(zhǎng)邊和短邊邊長(zhǎng)；D為板的撓曲剛度；μ 為混凝土的泊松比；E為混凝土的彈性模量。

由式（1）計(jì)算出板在彈性階段的最大理論撓度值與B-3和B-4 在彈性階段試驗(yàn)撓度值（見圖4），各板在達(dá)開裂荷載之前，理論撓度值和實(shí)驗(yàn)撓度值基本吻合，誤差在7.5%以內(nèi)，可以滿足工程計(jì)算需要[7]。

圖4 彈性階段理論撓度值與疊合板實(shí)驗(yàn)值對(duì)比圖

4 結(jié)語(yǔ)

1）靜力加載試驗(yàn)證明，雙拼疊合式雙向板具有較強(qiáng)的剛度，當(dāng)配置鋼筋的受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取400N/mm2時(shí)，彈性階段下雙拼疊合式雙向板的撓度與現(xiàn)澆雙向板基本相同，完全可以利用已有雙向板彈性理論計(jì)算雙拼疊合式雙向板在彈性階段的撓度。

2）雙拼疊合式雙向板開裂之后，用彈性撓度理論計(jì)算的撓度值與實(shí)驗(yàn)值之間差異明顯，尤其是在板背面大量裂縫出現(xiàn)后，板的剛度迅速退化，使得撓度增加變快。

3）由4 塊板撓度試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，板開裂進(jìn)入彈塑性階段后，現(xiàn)澆雙向板和雙拼疊合式雙向板的荷載-撓度曲線變化并未出現(xiàn)明顯的分化，B-2、B-3、B-43 塊雙拼疊合式雙向板的撓度曲線都與B-1 現(xiàn)澆雙向板撓度曲線變化一致，這有力地說(shuō)明雙拼疊合板的剛度與雙向板無(wú)明顯差異[8]。

4）從4 種板裂縫開展上看，雙拼疊合板的裂縫破壞形態(tài)與現(xiàn)澆雙向板基本相同，3 塊雙拼疊合式雙向板在標(biāo)準(zhǔn)荷載下的裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

5）由此次試驗(yàn)證明：雙拼疊合式雙向板在12cm厚度的條件下完全可以適用于雙向板的計(jì)算理論，在工程薄板中依然適用。18cm 厚度以上的雙拼疊合板在德國(guó)已有大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，故此次試驗(yàn)進(jìn)一步證明了疊合板可以雙向受力的理論。