預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)研究

周雅萍

（江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，江蘇 南京 210028）

0 引言

目前，預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)主要對(duì)象為預(yù)制混凝土樓梯、疊合梁、疊合板，主要用于民用建筑，少數(shù)廠房等工業(yè)建筑、地鐵軌道平臺(tái)也有采用預(yù)制構(gòu)件。常見預(yù)制混凝土構(gòu)件如圖 1～6 所示，預(yù)制構(gòu)件裝配于工程現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行的荷載試驗(yàn)如圖 7、8 所示。

圖1 預(yù)制混凝土疊合板（疊合前）

圖7 疊合板現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)

本文以預(yù)制混凝土雙 T 板結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)為例，為實(shí)際工程中該類預(yù)制構(gòu)件性能檢驗(yàn)評(píng)定提供依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合其他類型預(yù)制混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)成果，提出結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及合理建議。

圖2 預(yù)制混凝土疊合板（疊合后）

圖3 預(yù)制混凝土樓梯

圖8 軌道疏散平臺(tái)板現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)

1 雙 T 板結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)

1.1 試件支承形式

試驗(yàn)采用簡(jiǎn)支支座，在肋梁底部一端采用滑動(dòng)支座，一端采用鉸支座［1］，分別在兩個(gè)肋梁的中心線跨中、支座處布置 3 個(gè)百分表，共布置 6 個(gè)百分表。雙 T 板現(xiàn)場(chǎng)照片如圖 5 所示，其幾何參數(shù)示意圖如圖 9 所示。

圖5 預(yù)制混凝土雙T板

圖9 雙 T 板幾何參數(shù)示意圖（單位：mm）

1.2 檢驗(yàn)荷載的確定

設(shè)計(jì)單位提供了雙 T 板荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)（見表 1）。

表1 雙 T 板荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 加載方法

本次結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)采用在預(yù)制混凝土雙 T 板上堆放混凝土塊作為配重（見圖 5）進(jìn)行均布加載，采用分級(jí)加載制度。當(dāng)荷載小于標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí)，每級(jí)荷載不大于標(biāo)準(zhǔn)荷載的 20 %；當(dāng)荷載大于標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí)，每級(jí)荷載不大于標(biāo)準(zhǔn)荷載的 10 %。

加載過程中，每級(jí)加載完成后持續(xù) 10～15 min，在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，持荷 30 min；并在持續(xù)時(shí)間內(nèi)，觀察構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)和開展等；在持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，觀察并記錄所布置測(cè)點(diǎn)變形值和裂縫開裂情況，然后進(jìn)行下一級(jí)加載，直至試驗(yàn)結(jié)束。

1.4 撓度檢驗(yàn)

試驗(yàn)得到雙 T 板在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的撓度實(shí)測(cè)值（見表 2）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，在對(duì)應(yīng)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值加載結(jié)束時(shí)，該預(yù)制混凝土雙T板撓度實(shí)測(cè)值為 20.59 mm，考慮板自重部分的撓度值，計(jì)算得荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值作用下的構(gòu)件撓度值為 34.86 mm。根據(jù)GB 50204－2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》第 B.1.3 條計(jì)算撓度允許值為38.05mm，故撓度檢驗(yàn)通過。

表2 雙 T 板在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的撓度實(shí)測(cè)值

1.5 抗裂檢驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)制混凝土雙 T 板在標(biāo)準(zhǔn)組合試驗(yàn)荷載作用下觀測(cè)其是否產(chǎn)生新裂縫，并對(duì)新產(chǎn)生的裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量。在試驗(yàn)加載前及結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)過程中，分別對(duì)該預(yù)制混凝土雙 T 板板底及肋梁的裂縫情況進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查：試驗(yàn)加載前，該構(gòu)件跨中區(qū)域板底及肋梁兩側(cè)均未見明顯裂縫；試驗(yàn)加載過程中至試驗(yàn)結(jié)束后，該構(gòu)件跨中區(qū)域板底及肋梁兩側(cè)均未見明顯新增裂縫，其余區(qū)域均未見明顯新增裂縫。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)加載過程中至試驗(yàn)結(jié)束后，該構(gòu)件未見明顯新增裂縫。根據(jù) GB 50204－2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》第 B.1.4 條，該預(yù)制混凝土雙T板開裂荷載實(shí)測(cè)值（不包括自重）＞650 kN，計(jì)算得該構(gòu)件的抗裂檢驗(yàn)系數(shù)實(shí)測(cè)值＞1.05，而該構(gòu)件的抗裂檢驗(yàn)系數(shù)允許值為 1.04，故抗裂檢驗(yàn)通過。

2 試驗(yàn)重點(diǎn)分析

對(duì)于預(yù)制混凝土樓梯、T 型板等成品構(gòu)件，結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)相對(duì)成熟。通常根據(jù)工程實(shí)際狀況下的設(shè)計(jì)恒、活載條件（由設(shè)計(jì)單位出具），進(jìn)行分級(jí)加載，根據(jù)各級(jí)荷載下的撓度實(shí)測(cè)值及裂縫情況進(jìn)行撓度檢驗(yàn)、裂縫檢驗(yàn)，如前所述。此類結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)的重點(diǎn)包括三方面內(nèi)容。

一是外加荷載的確定及加載制度。最后一級(jí)加載值通常為檢驗(yàn)荷載，根據(jù)荷載檢驗(yàn)系數(shù)及設(shè)計(jì)恒、活載進(jìn)行計(jì)算確定。加載制度需確定加載的分級(jí)，在規(guī)范規(guī)定的每級(jí)荷載的限值基礎(chǔ)上，結(jié)合必要的中間校核點(diǎn)（如撓度檢驗(yàn)、抗裂檢驗(yàn)、裂縫檢驗(yàn)）進(jìn)行實(shí)際分級(jí)。此外，亦需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，即現(xiàn)場(chǎng)配重形式（水、沙袋、荷重塊）確定，保證堆載的可操作性。在堆載問題上，需將構(gòu)件自重排除在外。

二是試驗(yàn)支撐條件的確定及試驗(yàn)支座的準(zhǔn)備。對(duì)實(shí)際工程中受力單一、可簡(jiǎn)化為單跨簡(jiǎn)支情況的構(gòu)件，只要提供滿足規(guī)范條件要求的簡(jiǎn)支支座（見圖 5），并保證支座足夠的剛度，減小支座不均勻沉降影響，結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)方便開展；如預(yù)制混凝土樓梯此類斜放的構(gòu)件，為方便開展試驗(yàn)，可采用平放，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)等效原則（通常為彎矩等效原則）進(jìn)行外加荷載等的換算，可將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，避免為模擬工程中樓梯的斜度而需特別定制各類支座的麻煩；對(duì)于四邊支承的構(gòu)件（見圖 6），建議根據(jù)實(shí)際支承條件特別制作支座進(jìn)行試驗(yàn)，或者要求設(shè)計(jì)單位根據(jù)簡(jiǎn)支條件模擬換算，給出簡(jiǎn)支下的荷載、裂縫、撓度換算及評(píng)判指標(biāo)，從而仍采用簡(jiǎn)支進(jìn)行試驗(yàn)。

圖6 鋼骨架輕型板

三是試驗(yàn)過程中荷載反映的觀察。包括變形、裂縫觀測(cè)及承載力檢驗(yàn)指標(biāo)的觀察。試驗(yàn)初期構(gòu)件反映小、相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)構(gòu)件開裂后，可放緩加載速度，及時(shí)觀察，當(dāng)臨近破壞時(shí)，更要放緩加載速度，及時(shí)調(diào)整，并要確保一定的安全性。

3 試驗(yàn)難點(diǎn)分析

目前，結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)難點(diǎn)主要針對(duì)預(yù)制混凝土疊合梁、板（見圖 1、圖 4），主要矛盾的焦點(diǎn)有 3 點(diǎn)。

圖4 預(yù)制混凝土疊合梁

一是疊合梁、板均是半成品，是否有必要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，如果進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，應(yīng)該怎么開展，相關(guān)規(guī)范均沒有明確的規(guī)定，或無完全契合的條款可用。

二是半成品的受力狀態(tài)與成品存在差異，故試驗(yàn)荷載非工程設(shè)計(jì)荷載，而僅僅是模擬其施工狀態(tài)，即實(shí)驗(yàn)考慮的是施工過程的臨時(shí)支承（橫向支撐或雙向滿布支撐等，甚至有專項(xiàng)的施工方案）、臨時(shí)支護(hù)及施工荷載，是對(duì)施工的安全性的驗(yàn)證，對(duì)工程意義不大。

三是對(duì)于疊合梁等頂面操作面狹窄的構(gòu)件，不宜堆載，往往采用集中荷載（千斤頂加載）的方式進(jìn)行試驗(yàn)，通常是根據(jù)等效原則（彎矩等效或是撓度等效）進(jìn)行，與梁實(shí)際承受均布荷載的情況存在較大差異。

鑒于上述原因，構(gòu)件生產(chǎn)廠家、施工單位、設(shè)計(jì)單位對(duì)疊合梁、板的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)普遍持反對(duì)態(tài)度，但是各地質(zhì)監(jiān)站根據(jù)管理規(guī)定要求必須進(jìn)行上述構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，存在一定的矛盾。

4 結(jié)論

以預(yù)制混凝土雙 T 板結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)為例，結(jié)合各類型預(yù)制混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)成果，在分析試驗(yàn)重點(diǎn)及難點(diǎn)基礎(chǔ)上，為方便開展結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)、保證試驗(yàn)結(jié)果的合理性，本文提出以下 4 點(diǎn)建議。

一是把握項(xiàng)目前期控制，跟施工單位、設(shè)計(jì)單位溝通并確定好試驗(yàn)方案。跟施工單位主要溝通前期的支座準(zhǔn)備、構(gòu)件準(zhǔn)備、堆載準(zhǔn)備；跟設(shè)計(jì)院溝通確認(rèn)設(shè)計(jì)參數(shù)、堆載方案、加載制度。

二是針對(duì)疊合構(gòu)件，建議進(jìn)行疊合后的檢驗(yàn)而非疊合前。即在被檢構(gòu)件疊合面以上澆筑好現(xiàn)澆層，達(dá)到齡期或混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行疊合后的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，此時(shí)的荷載參數(shù)等取值參照工程實(shí)際設(shè)計(jì)條件。此種做法不利之處為時(shí)間周期相對(duì)較長(zhǎng)，廠家、施工單位不一定能接受，建議采用蒸壓養(yǎng)護(hù)等早強(qiáng)方法縮短周期。

三是針對(duì)規(guī)范要求的破壞性試驗(yàn)，需經(jīng)過各方認(rèn)可，如設(shè)計(jì)等單位不同意進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，需要求其出具說明，以閉合質(zhì)監(jiān)站等部門對(duì)于試驗(yàn)完整性的要求。

四是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大跨及薄壁構(gòu)件試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)性較普通構(gòu)件高，對(duì)此類構(gòu)件，既要確保堆載方案特別是檢驗(yàn)荷載的準(zhǔn)確性，又要加強(qiáng)試驗(yàn)的過程控制，重視程度應(yīng)較普通構(gòu)件提高。