預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能試驗研究

周雅萍

（江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210028）

0 引言

目前，預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能試驗主要對象為預(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)場后進行的荷載試驗如圖 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)場荷載試驗

本文以預(yù)制混凝土雙 T 板結(jié)構(gòu)性能試驗為例，為實際工程中該類預(yù)制構(gòu)件性能檢驗評定提供依據(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)性能試驗成果，提出結(jié)構(gòu)性能試驗的重點、難點及合理建議。

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 軌道疏散平臺板現(xiàn)場荷載試驗

1 雙 T 板結(jié)構(gòu)性能試驗

1.1 試件支承形式

試驗采用簡支支座，在肋梁底部一端采用滑動支座，一端采用鉸支座［1］，分別在兩個肋梁的中心線跨中、支座處布置 3 個百分表，共布置 6 個百分表。雙 T 板現(xiàn)場照片如圖 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 檢驗荷載的確定

設(shè)計單位提供了雙 T 板荷載試驗設(shè)計參數(shù)（見表 1）。

表1 雙 T 板荷載試驗設(shè)計參數(shù)

1.3 加載方法

本次結(jié)構(gòu)性能試驗采用在預(yù)制混凝土雙 T 板上堆放混凝土塊作為配重（見圖 5）進行均布加載，采用分級加載制度。當荷載小于標準荷載時，每級荷載不大于標準荷載的 20 %；當荷載大于標準荷載時，每級荷載不大于標準荷載的 10 %。

加載過程中，每級加載完成后持續(xù) 10～15 min，在標準荷載作用下，持荷 30 min；并在持續(xù)時間內(nèi)，觀察構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)和開展等；在持續(xù)時間結(jié)束時，觀察并記錄所布置測點變形值和裂縫開裂情況，然后進行下一級加載，直至試驗結(jié)束。

1.4 撓度檢驗

試驗得到雙 T 板在各級試驗荷載作用下的撓度實測值（見表 2）。根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，在對應(yīng)荷載標準組合值加載結(jié)束時，該預(yù)制混凝土雙T板撓度實測值為 20.59 mm，考慮板自重部分的撓度值，計算得荷載標準組合值作用下的構(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)量驗收規(guī)范》第 B.1.3 條計算撓度允許值為38.05mm，故撓度檢驗通過。

表2 雙 T 板在各級試驗荷載作用下的撓度實測值

1.5 抗裂檢驗

現(xiàn)場對預(yù)制混凝土雙 T 板在標準組合試驗荷載作用下觀測其是否產(chǎn)生新裂縫，并對新產(chǎn)生的裂縫寬度進行測量。在試驗加載前及結(jié)構(gòu)性能試驗過程中，分別對該預(yù)制混凝土雙 T 板板底及肋梁的裂縫情況進行檢查，經(jīng)檢查：試驗加載前，該構(gòu)件跨中區(qū)域板底及肋梁兩側(cè)均未見明顯裂縫；試驗加載過程中至試驗結(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)場檢測結(jié)果，試驗加載過程中至試驗結(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)量驗收規(guī)范》第 B.1.4 條，該預(yù)制混凝土雙T板開裂荷載實測值（不包括自重）＞650 kN，計算得該構(gòu)件的抗裂檢驗系數(shù)實測值＞1.05，而該構(gòu)件的抗裂檢驗系數(shù)允許值為 1.04，故抗裂檢驗通過。

2 試驗重點分析

對于預(yù)制混凝土樓梯、T 型板等成品構(gòu)件，結(jié)構(gòu)性能試驗相對成熟。通常根據(jù)工程實際狀況下的設(shè)計恒、活載條件（由設(shè)計單位出具），進行分級加載，根據(jù)各級荷載下的撓度實測值及裂縫情況進行撓度檢驗、裂縫檢驗，如前所述。此類結(jié)構(gòu)性能試驗的重點包括三方面內(nèi)容。

一是外加荷載的確定及加載制度。最后一級加載值通常為檢驗荷載，根據(jù)荷載檢驗系數(shù)及設(shè)計恒、活載進行計算確定。加載制度需確定加載的分級，在規(guī)范規(guī)定的每級荷載的限值基礎(chǔ)上，結(jié)合必要的中間校核點（如撓度檢驗、抗裂檢驗、裂縫檢驗）進行實際分級。此外，亦需根據(jù)現(xiàn)場條件，即現(xiàn)場配重形式（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。

二是試驗支撐條件的確定及試驗支座的準備。對實際工程中受力單一、可簡化為單跨簡支情況的構(gòu)件，只要提供滿足規(guī)范條件要求的簡支支座（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，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）進行外加荷載等的換算，可將復(fù)雜問題簡單化，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；對于四邊支承的構(gòu)件（見圖 6），建議根據(jù)實際支承條件特別制作支座進行試驗，或者要求設(shè)計單位根據(jù)簡支條件模擬換算，給出簡支下的荷載、裂縫、撓度換算及評判指標，從而仍采用簡支進行試驗。

圖6 鋼骨架輕型板

三是試驗過程中荷載反映的觀察。包括變形、裂縫觀測及承載力檢驗指標的觀察。試驗初期構(gòu)件反映小、相對穩(wěn)定，當構(gòu)件開裂后，可放緩加載速度，及時觀察，當臨近破壞時，更要放緩加載速度，及時調(diào)整，并要確保一定的安全性。

3 試驗難點分析

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

圖4 預(yù)制混凝土疊合梁

一是疊合梁、板均是半成品，是否有必要進行結(jié)構(gòu)性能試驗，如果進行結(jié)構(gòu)性能試驗，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，故試驗荷載非工程設(shè)計荷載，而僅僅是模擬其施工狀態(tài)，即實驗考慮的是施工過程的臨時支承（橫向支撐或雙向滿布支撐等，甚至有專項的施工方案）、臨時支護及施工荷載，是對施工的安全性的驗證，對工程意義不大。

三是對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）的方式進行試驗，通常是根據(jù)等效原則（彎矩等效或是撓度等效）進行，與梁實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)計單位對疊合梁、板的結(jié)構(gòu)性能試驗普遍持反對態(tài)度，但是各地質(zhì)監(jiān)站根據(jù)管理規(guī)定要求必須進行上述構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能試驗，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)性能試驗成果，在分析試驗重點及難點基礎(chǔ)上，為方便開展結(jié)構(gòu)性能試驗、保證試驗結(jié)果的合理性，本文提出以下 4 點建議。

一是把握項目前期控制，跟施工單位、設(shè)計單位溝通并確定好試驗方案。跟施工單位主要溝通前期的支座準備、構(gòu)件準備、堆載準備；跟設(shè)計院溝通確認設(shè)計參數(shù)、堆載方案、加載制度。

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

三是針對規(guī)范要求的破壞性試驗，需經(jīng)過各方認可，如設(shè)計等單位不同意進行破壞性試驗，需要求其出具說明，以閉合質(zhì)監(jiān)站等部門對于試驗完整性的要求。

四是根據(jù)實踐經(jīng)驗，大跨及薄壁構(gòu)件試驗的風險性較普通構(gòu)件高，對此類構(gòu)件，既要確保堆載方案特別是檢驗荷載的準確性，又要加強試驗的過程控制，重視程度應(yīng)較普通構(gòu)件提高。