拼装式混凝土双向叠合楼板承载性能试验研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 拼装式混凝土双向叠合楼板承载性 能试验研究 摘要：针对目前叠合双向板预制 层构件尺寸过大时吊装及运输过程较困 难的问题，提出一种新型拼装式混凝土 双向叠合楼板.为研究此拼装式叠合板的 承载性能，首先对其进行弹性范围内的 均布堆载试验，然后再对此板和一单向 叠合板进行集中荷载下的破坏性对比试 验.主要分析内容为挠度、钢筋应变、混 凝土应变随荷载变化的规律及裂缝开展 情况.均布荷载试验表明，此拼装式叠合 板具有较高的承载能力；集中荷载破坏 性对比试验结果表明，此拼装式钢筋混 凝土叠合板具有明显的双向受力性能优 势.说明此类拼装式叠合板具有良好的承 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 载性能，又方便吊装运输，是一种值得 推广的新型楼板. 中国论文网 /4/view-12777477.htm 关键词：建筑产业化；拼装式； 混凝土；叠合楼板；承载性能； 双向 中图分类号：TU375.2 文献标识 码：A 建筑产业化是指利用标准化设计、 工业化生产、装配式施工等手段来建造 建筑，用信息化等方式来管理建筑的一 种建筑模式，和传统建筑模式相比具有 施工速度快、受天气影响小、经济和环 保等众多优点.借鉴国内外发展经验，建 筑产业化是我国尽快保质保量解决保障 性住房问题的必由之路.在发达国家，建 筑产业化的比例已经达到 60%以上4-6， 而我国才刚刚起步，产业化率很低，在 实际工程中的应用更少.究其原因，主要 是相关政策及法规稀缺.为促进建筑产业 化的发展，应加强相关研究并推广应用 于实际工程中，而关键部品研究是建筑 产业化技术发展的核心，本文主要对装 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 配式楼板进行研究. 针对目前存在的整体钢筋桁架双 向叠合板尺寸过大时，预制层吊装及运 输困难的问题11 ，吴方伯12 等人提 出一种单向预应力双向配筋混凝土叠合 楼板，试验证明其叠合层和预制底板具 有良好的协同受力性能.本文提出一种拼 装式钢筋桁架双向叠合板，它是将由工 厂预制的单块板吊装运输到施工现场， 再通过单块板上的预留孔洞插入穿插钢 筋把各板拼装成一体形成预制层，此穿 插钢筋同时起到受力筋的作用，拼装后 的预制板作为施工模板，再在其上浇筑 混凝土.它具有单向板易吊装运输的优势， 对于其是否具有双向板的良好受力性能， 本文将进行试验研究. 1 试验概况 1.1 试件设计与加工 在设计时，穿插横筋作为受力筋 和整体共同承担荷载，所以预留孔洞位 置必须垂直于单块预制板纵向钢筋且恰 好位于其上，从而使叠合板具有双向受 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 力的性能. 本试验构件预制层及后浇层均在 沈阳宇辉构件厂进行加工，达到设计强 度后运输到沈阳建筑大学结构实验室进 行试验，养护条件为室内常温.预制层构 件为 6 块板，编号从 A1A6，A1 号板 浇注叠合层现浇混凝土后为 B1 板，做 单向板抗弯试验；A2A6 号板拼装完 浇注叠合层现浇混凝土后为 B2 板，做 双向板抗弯试验（见表 1）. 单块预制板截面尺寸为 3 000 mm600 mm70 mm，其中 A2A6 预 制板截面构造形式及配筋如图 1 所示， A1 号板与其他板的区别在于不开槽， 预留钢筋孔洞位置为横向配筋，其他截 面尺寸和 A2A6 号板相同.钢筋保护层 厚度为 20 mm，钢筋强度采用 HRB335，受力筋直径为 8 mm，桁架腹 杆钢筋直径为 4 mm.叠合面采用人工制 作的抓耙形式，试验时 B1 板两端及 B2 板四周边界条件均为简支约束.叠合后 B1 板的尺寸为 3 000 mm600 mm140 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 mm，其中净跨平面尺寸为 2 800 mm600 mm；叠合后 B2 板组合后的尺 寸为 3 000 mm3 060 mm140 mm，其 中净跨平面尺寸为 2 800 mm2 860 mm，板与板之间的拼缝宽度为 15 mm. 浇筑叠合层混凝土前必须把预制构件表 面的浮浆、尘土等杂物清除干净，然后 浇水充分润湿，且不留积水，这是保证 叠合面施工质量的关键，必须严格执行. 浇注混凝土时，要确保灌缝密实，发现 跑模、漏浆应及时处理.为保证拼缝处的 连接强度，在拼缝处采用网状抗剪钢筋 （图 2） ，网状抗剪钢筋沿板缝通长布置， 并位于横向穿孔受力钢筋之上，与横向 穿孔受力钢筋绑扎在一起.横向穿孔钢筋 通过 PVC 管预留孔洞穿插在混凝土预 制板中，钢筋与预制板混凝土之间无黏 结作用，若只靠拼缝处 15 mm 宽度处 横向穿孔钢筋与后浇叠合层混凝土间的 黏结力，无法有效发挥横向穿孔钢筋的 受力性能，所以在预制板上 PVC 管两 端位置开槽来增加横向穿孔钢筋与后浇 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 叠合层混凝土间的接触面积.为进一步增 加横向穿孔钢筋与后浇叠合层混凝土间 的黏结力，防止受力过程中横向穿孔钢 筋和混凝土过早发生滑移对受力造成影 响，对此采取一些限位措施，在板板间 拼缝处穿插横筋上点焊 U 型筋（图 3） ， 在穿孔横筋两端点焊一字型筋（图 4）. 预制层和现浇层混凝土均取工厂 配制好的 C30 强度的混凝土，混凝土坍 落度试验所测值为 13 cm，在浇注混凝 土预制层和后叠合层时分别同时预留相 应的材性试验所需标准件，标准件和所 对应的构件放在同样的环境下进行养护. A1 号板钢筋构造及模板支护如图 5 所 示，A2A6 号板钢筋构造及模板支护 如图 6 所示，横向设置白色 PVC 管来 预留钢筋孔洞，PVC 管两端泡沫板的作 用是对预制板开槽.为防止浇注过程中钢 筋应变片导线被掩埋，必须对其采取保 护措施. 为增加各预制板叠合面的叠合强 度，浇注完预制层混凝土后，在预制板 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 上表面做抓耙形式叠合面，如图 7 所示. 待预制板混凝土强度达到设计值的 75% 以上时，即可对其进行吊装并浇注叠合 层混凝土.对 A1 板重新支模浇注叠合层 混凝土后形成 B1 板；通过吊装对 A2A6 板进行定位，通过预留孔洞穿 插横向钢筋把各预制板拼装在一起，在 横向钢筋端部及拼缝部位设置限位筋， 然后在各板拼缝处铺设网状抗剪钢筋及 绑扎叠合层构造筋，如图 8 所示，图中 白色套管的作用是保护钢筋应变片导线， 防止浇注过程中导线被损坏或者被掩埋， 在所有拼装工作完成后浇注叠合层混凝 土形成 B2 板.浇筑叠合层混凝土前必须 把预制构件表面的浮浆、尘土等杂物清 除干净，然后浇水充分润湿，且不留积 水，这是保证叠合面施工质量的关键， 必须严格执行.浇注混凝土时，要确保灌 缝密实，发现跑模、漏浆应及时处理. 1.2 材料性能 对实际加工的试验试件进行材料 性能试验13 ，钢筋的弹性模量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 Es=2.0105 MPa，平均屈服强度 fy=424 MPa. 根据混凝土结构试验方法标准 13规定的方法，每组立方体试块的抗 压强度测试值应去掉最大值和最小值后 再求平均值，由平均值按照相应的公式， 推算出混凝土的轴心抗压强度、轴心抗 拉强度及弹性模量，具体结果见表 2. 1.3 加载方案 本文对板 B1 做破坏性对比试验， 加载方式仅采用集中加载，加载点下设 置条型钢垫板，支座约束方式为板跨两 端简支，加载装置如图 9 所示. 对板 B2 做 2 次加载试验，第一 次试验加均布荷载，每级荷载为 24 kN，支座约束为四边简支，板变形控制 在弹性范围内，卸载后板变形恢复并无 其他残余值，不影响第二次加载试验.为 避免加载过程中砂袋堆积高度过高引起 倒塌，根据力竖向 45角传递分配原则， 在砂袋堆积高度达到 1.52.0 m 时，可 加集中荷载扩散分配后继续模拟均布荷 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 载，加载装置如图 10 所示；第二次试 验加集中荷载，边界条件不变，加载直 到破坏，加载装置如图 11 所示. 1.4 测点布置 1.4.1 挠度测点 B1 板挠度测点布置如图 12 所示， B2 板挠度测点布置如图 13 所示，B2 板 1#9#测点布置在板上部，10#测点 布置在板底部中心. 1.4.2 钢筋应变测点 钢筋应变片选用 B1205AA 型， B1 板底部受拉钢筋应变片布置如图 14 所示，B2 板板底受拉钢筋布置如图 15 所示. 1.4.3 混凝土应变测点 混凝土应变片选用 B12080AA 型，B1 板混凝土应变片布置如图 16 所 示，B2 板混凝土应变片布置如图 17 所 示，B2 板混凝土应变片只布置在板上 表面. 2 试验现象与结果分析 2.1 试验现象 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 1）均布荷载试验：B2 板均布荷 载试验过程中，当加载高度为 1.4 m 时， 荷载加到 96 kN，跨中挠度值为 0.36 mm，为计算跨度的 1/7 777；当荷载加 到 275 kN 时，跨中挠度值为 1.08 mm， 为计算跨度的 1/2 593，此时等效均布荷 载大小已达到 35 kN/m2，荷载挠度曲线 几乎呈线性增长，说明板还处于弹性范 围内，板四周及板底均未出现任何裂缝. 由于继续加载过程相对困难，为防止意 外事故发生，终止加载，数据稳定后卸 载. 2）集中荷载试验：B1 板集中荷 载试验过程中，当荷载加载到 11 kN 时 听到劈裂声音，板底首先出现裂缝，此 时跨中挠度值为 4.33 mm，为计算跨度 的 1/650，随后沿跨度方向板侧面也逐 渐出现可见裂缝；当加载到 17.7 kN 时， 跨中挠度达到 14 mm，即 L0/200，板此 时达到规定使用状态极限荷载，使用状 态极限荷载大小取 17.7 kN；当加载到 28.1 kN 时，跨中挠度达到 56 mm，即 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 L0/50，板此时达到规定承载力极限状 态，承载力极限荷载取 28.1 kN；继续 加载到 29.2 kN 时，听到明显的“啪啪” 声，荷载无法继续施加，而挠度急剧增 加，板破坏标志为跨中受压区混凝土压 碎. B1 板集中加载破坏后形态如图 18 所示. B2 板集中荷载试验过程中，加 载到 119 kN 时，跨中挠度达到 14 mm，即 L0/200，板此时达到规定使用 状态极限荷载，使用状态极限荷载大小 取 119 kN；加载到 139 kN，板四周侧 面开始出现可见裂缝，板底裂缝由于四 边支撑情况，不方便观察；当加载到 179 kN 时，跨中挠度达到 56 mm，即 L0/50，板此时达到规定承载力极限状 态，承载力极限荷载取 179 kN；继续加 载到 181 kN 时，听到“砰” 的一声，板 中心发生混凝土局部压碎，荷载无法继 续施加，构件破坏形态如图 19 所示. 2.2 结果分析 对 B2 板均布荷载试验结果进行 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 分析，加载结束时板仍处于弹性阶段， 此时等效均布荷载大小已达到 35 kN/m2，说明此拼装式叠合双向板具有 良好的承载能力. 对 B1 和 B2 板集中荷载下破坏 性试验进行对比分析，选取比较有代表 性的数据. 1）挠度：B1 板荷载挠度测点曲 线如图 20 所示，B2 板荷载挠度测点曲 线如图 21 所示. 挠度/mm 对图 20 和图 21 对比分析可得 B1 和 B2 板各测点荷载挠度曲线变化规 律大体一致，但 B2 板峰值点荷载值远 大于 B1 板，即 B2 板的承载能力远大 于 B1 板. 仅对图 21 分析，参考图 13 测点 布置位置，测点 5 和测点 10 在构件破 坏前的荷载挠度曲线几乎重合，说明跨 中上、下 2 个测点值都比较可靠，而测 点 10 的最大位移大于测点 5，且二者在 最大荷载卸载后的走向不同，是因为测 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 点 10 位于板下边，发生局部破坏时位 移比较大，测点 5 位于板上部，卸载后 弹性变形恢复，测点 10 未恢复. 测点 2，4，6，8 所得到的荷载位移曲线其形 状和走势基本相似，特别是测点 2 和测 点 4 的曲线几乎完全重合，这 2 个测点 分别位于双向板通过中心点的且相互垂 直的不同跨度方向上，即一点位于拼装 方向，另一点位于对应的非拼装方向， 由此可以间接说明此拼装式 B2 板具有 明显的双向受力性能. 2）钢筋应变：B1 板钢筋应变测 点曲线如图 22 所示，B2 板钢筋应变测 点曲线如图 23 所示. 应变/10-6 对图 22 和图 23 对比分析可得 B1 和 B2 板各测点钢筋荷载应变曲线上 升段走势大体一致，B2 板曲线峰值点 荷载值比较大，也间接说明了 B2 板的 承载力高于 B1 板. 仅对图 23 分析，从曲线上升段 可以看出其形状和走势与其荷载挠度曲 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 线相似，初始钢筋应变的增长均呈线性. 参考图 15 测点布置位置，测点 H5 上升 段曲线略低于测点 8，是因为在同一跨 度上，测点 H5 比测点 8 离中心的距离 稍近，所以承载的力较大；测点 11 上 升段曲线略低于测点 12，测点 12 上升 段曲线略低于测点 H5，也是因为测点 11 比测点 12 离中心的距离近，而测点 12 又比测点 H5 离板中心近的缘故.综合 分析这 5 个测点的钢筋荷载应变曲线， 可以看出 2 个方向荷载传递比较均匀， 再次得出 B2 板具有明显的双向受力性 能. 3）混凝土应变： B1 板混凝 土应变测点曲线如图 24 所示，B2 板混 凝土应变测点曲线如图 25 所示. 对图 24 和图 25 对比分析可得 B1 和 B2 板各测点混凝土荷载应变曲线 上升段走势大体一致，B2 板曲线峰值 点荷载值比较大，也间接说明了 B2 板 的承载力高于 B1 板. 仅对图 25 分析，参考图 17 测点 布置位置，4 个测点位于板上表面相互 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 垂直的 2 个方向上，荷载应变曲线走势 一致，说明 B2 板混凝土横向应变和纵 向应变具有相似的变化规律，2 个方向 的应变发展非常协调，荷载近似均匀传 递，可以证明 B2 板双向作用的存在. 4）裂缝：B1 的开裂荷载为 11 kN，随后裂缝继续出现并开展，沿跨中 往两侧基本呈对称分布，第一条裂缝位 于跨中板底位置，临近破坏时各裂缝间 距为 510 cm.在试验过程中，B2 板由 于支座条件限制，不