现浇钢筋混凝土填芯楼板结构受力性能分析研究

1、现浇钢筋混凝土填芯楼板结构受力性能分析研究    摘要：本文结合笔者多年建筑工程实践，分析介绍了钢筋混凝土填芯楼板结构受力性能测试研究的重要性，并依照相关规范建立结构测试模型，对填芯板结构的荷载-挠度，荷载-应变关系及结构破坏与裂缝进行了详细试验研究，在试验数据的基础上对填芯楼板结构的受力性能进行了详细分析论证，并得出了科学合理的结论。关键词：现浇钢筋混凝土填芯楼板；结构性能；试验；承载力；分析研究1现浇钢筋混凝土填芯楼板结构测试研究的重要性分析作为一种新型的结构体系，现浇钢筋混凝土填芯楼板结构采用轻质填芯材料（有管状或球状等）代替厚板中的混凝土，达到减

2、轻楼盖自重而承载力基本不变的力学特性；它具有适应大空间、大跨度柱网的结构要求以及楼板隔热专用效果好的工程应用价值。到目前为止，人们在工程实践中主要提出按单向板计算、按实心双向板计算以及按空间网格梁进行空间计算的3种理论，在设计理念上尚不完全成熟。因此，系统地开展对不等边长的板进行试验研究，对发展现浇钢筋混凝土空心板结构技术和计算理论，加快该结构体系的工程应用，具有重要意义。本文按照空间网格梁理论设计了长宽比为1.4:1的现浇钢筋混凝土空心板模型，对以下问题进行了研究。1)通过测得板在两向简支条件下中心点的荷载挠度关系，分析得到现浇钢筋混凝土空心板纵横两方向的抗弯刚度比，与空间网格梁法所采用的等

3、效刚度比进行比较。2)通过对试验模型的静载试验，测得板挠度变化、钢筋应变值、裂缝的开展过程、破坏形态和破坏荷载，分析该结构的力学特征。3)为该现浇钢筋混凝土填芯板的有限元分析提供必要的试验数据。4)验证计算理论的适用性，为现浇钢筋混凝土填芯板的设计提供依据。2现浇钢筋混凝土填芯楼板结构性能测试模型的建立2.1试件的设计与制作研究模型为：3.44×4.74m（计算跨度3.2m×4.5m）、厚度为110mm（高跨比为1/29.1）的现浇钢筋混凝土空心板，内置DN50UPVC管的51排，管中心距为80mm，按面积等效、抗弯惯性矩等效的原则折算成“工”字形断面。边界条件取板四边简支

4、在240mm厚砖墙上，设计混凝土强度等级为C25，钢筋使用级钢。具体结构配筋详见图1。2.2材料的力学性能实测材料的力学性能指标如下：混凝土28d标准养护立方体抗压强度为31.9MPa；6钢筋抗拉屈服强度为320MPa，极限抗拉强度为480MPa。2.3装置及方法课题研究是在室外进行的，操作过程执行混凝土结构试验方法标准GB50152292。主要装置和方法简述如下。1）数据采集静态数据采集器连接至计算机，适时测量电子位移计和测点钢筋应变片读数，并记录稳定后的数值。2）挠度测量用5个电子位移计测定试件中心点和支座处的挠度（消除支座沉陷的影响）。3）钢筋应变测量25个120电阻式钢筋应变片测量各测

5、定点钢筋的应变，将钢筋应变片贴于底部钢筋中间处，长钢筋间距为间隔放置（应变片编号为1825），短筋每间隔2根放置1个应变片（编号为117）。4）荷载用密度为17kN/m3（现场实测值）的普通粘土砖堆载，后期用铁块加载。5）试验终止条件当板最大挠度大于1/300或最大裂缝超过0.3mm时，认为结构达到不安全状态，研究停止。2.4研究的内容本次测试分5种工况进行，具体内容如下:1）工况1测试该现浇钢筋混凝土空心板沿布管方向的刚度（横截面抗弯刚度），即在布管方向两端简支，中间加载，加载面积为0.6m×4.74m，每级加载为1.8kN/m2，拟进行5级加载。2）工况2测试该空心混凝土板垂直于

6、布管方向的刚度（纵截面抗弯刚度），即在垂直于布管方向两端简支（l0=4.06m），中间加载，加载面积为0.72m×3.44m，每级加载为0.9 kN/m2，拟进行4级加载。3）工况3测试该空心板在四边简支、加载位置和荷载级别同工况1下的挠度变化。4）工况4测试该空心板在四边简支、加载位置和荷载级别同工况2下的挠度变化。5）工况5空心板在四边简支、在整个板面上均匀加载、每级加载1.8 kN/m2，出现裂缝后，在中间1/3板域上继续加载为3.6 kN/m2（用铁块加载），测得挠度变化、钢筋应变、裂缝的发展和分布，并记录破坏荷载值。3现浇钢筋混凝土填芯楼板结构

7、性能测试3.1楼板结构荷载-挠度关系曲线试件的荷载一测点挠度关系对该现浇钢筋空心混凝土板分别按5种工况方式加载，得到每一级荷载及其对应的板中心点的挠度值，见图2a，图2b。对比工况1和3、工况2和4的荷载-挠度曲线，板在四边简支（工况2、工况4）时的最大挠度比单向支承时小，反映出该不等边长的现浇钢筋混凝土空心板具有明显的双向抗弯曲性能；图2a，图2b显示荷载与挠度呈线性关系，说明该现浇钢筋混凝土空心板在较小荷载作用下的变形接近线弹性。3.2钢筋的荷载应变关系曲线在试验过程中测得在工况1、工况2、工况3和工况4的各级荷载作用下，各点钢筋的应变值增量均接近于零，说明此时钢筋基本不受力，板混凝土未开

8、裂，可以近似认为板的挠度变形呈线弹性。考虑试件板的结构对称性，剔除损坏的应变片，得到该试验模型在工况5时钢筋应变值（图3），试验板在前6级荷载作用时钢筋应力值变化很小，均接近于零。由图3可知，在较大荷载作用下，两方向的钢筋都产生拉应力，位于板跨中的钢筋产生的拉应力大于跨边钢筋，平行于短边的钢筋（测点117）受力最大；平行于长边的钢筋（测点1825）受力较小，各钢筋应变值基本相近；板底出现裂缝后，钢筋应力出现重新分布现象，跨中钢筋应力增加较多，边缘钢筋略有下降；板出现裂缝至破坏前，跨中钢筋应力急速增加，板边钢筋中点应力平稳增长，增幅不大；测点612的应力值接近，并一直保持较大值，说明在板中心长度1.44m范围内为最大应力区，与实心等厚钢筋混凝土板的理论最大应力线长度（4.53.2=1.3m）相近。3.3楼板结构的破坏测试试验模型的裂缝发展和分布因受加载条件的*，考虑安全因素，本试验没有进行到最终的破坏，仅将该试验模型的最大裂缝宽度大于0.3mm作为终止条件，本试验最大裂缝超过了0.4mm，因此，裂缝的发展和分布成为反映它破坏形态的重要参数。图4为实测的最终裂缝分布图。 裂缝的分布（如图4所示）