基于性能设计的叠合板承载力试验研究

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  • 更新时间2015-09-24
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张 轶

(枣庄学院 城市与建筑工程学院,山东 枣庄 277160)

摘 要:通过对基于性能设计的叠合板和传统叠合板的静力对比试验,研究了基于性能设计的叠合板的开裂荷载和极限承载力;试验表明,该类板的开裂荷载和极限承载力均高于传统叠合板.由于多功能限位器的设置,加强了叠合板的整体受力性能,并验证了拼缝构造措施的合理性.

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关键词 :基于性能设计;开裂荷载;极限承载力;多功能限位器

中图分类号:TU312+.1 文献标识码:A 文章编号:1673-260X(2015)05-0148-03

本文研究的基于性能设计的叠合板是在传统叠合板[1]的基础上进行改进,是一种带多功能限位器的预制叠合底板,即将一块矩形钢板制作成由上表面、下表面、U型凹槽和连接体四部分组成的多功能限位器预埋在叠合底板中.多功能限位器上下表面的距离能精确控制墙板厚度,钢筋的位置为多功能限位器上的U型凹槽的位置,中间为连接体,这样无论现浇或预制,都能精确控制保护层厚度和钢筋位置,从而可以取代传统的马蹬铁和墙体拉结筋,并且多功能限位器还加强了上下层钢筋的连接,提高了墙板的整体受力性能,并且还提高了叠合构件叠合面的抗剪强度,可做抗剪键.本文就是将这种基于性能设计的叠合板与传统叠合板进行对比试验研究.

1 试验板的设计与制作

本次试验的两块试件板的板高均为130mm,板宽均为880mm,跨度均为3880mm,其中DB-1为无拼缝传统叠合板,内部未设置多功能限位器;DB-3为设置多功能限位器的基于性能设计的叠合板,拼缝两侧对称设置多功能限位器,并且拼缝处加设多功能限位器与拼缝处构造钢筋形成空间桁架.预制底板混凝土和后浇层混凝土都采用强度等级为C30的混凝土,受力主筋为6根直径为12mm的二级钢,,构造筋为直径为5mm的一级钢,混凝土保护层厚度[2]为均15mm,两试件配筋、拼缝构造措施、多功能限位器及施工照如图1所示.

2 叠合板试验

2.1 加载方法及量测方法

钢筋应变片粘贴:在传统叠合板(DB-1)纯弯段内,板底部纵向受拉钢筋中点处贴钢筋应变片;在基于性能设计的叠合板(DB-3)拼缝处左侧下部受拉钢筋处粘贴钢筋应变片.

混凝土应变片粘贴:在跨中混凝土表面按三等分点原则布置四个混凝土应变片,分别为压区顶面一点、拉区底面一点、中间两点.

本文静力对比试验采用正位加载试验[3],在试验时,试件板一端底部设置滚动铰支座支撑,另一端底部设置不动铰支座支撑.加载方法采用两个集中荷载来等效均布荷载,即等效荷载法.即在跨度三分点位置设置两个相等的集中荷载来完成新型叠合板的加载试验.图2为试验加载模型及试验装置.

2.2 试验现象

当试件DB-1开始受力以后,其应力和变形只是略有增加,此时通过裂缝测宽仪仔细观察试件板底面与侧面是否出现裂缝,当加载到10KN荷载值并持续10min后,通过裂缝测宽仪发现了第一条裂缝出现在板底,这时第一条裂缝与试件宽度方向大致平行且宽度较细,此时,10KN为DB-1的实测开裂荷载.此后,裂缝数量随着荷载继续加大也在继续增多,并且裂缝也开始沿试件板的侧面向上发展且向着试件支座处继续增多,而板底的裂缝也在沿着试件跨度方向继续增多,裂缝由跨中向板的两支座端大致成对称发展,而试件DB-3在开裂前与DB-1变形基本一致,当荷载加到10KN并持载一段时间后在板底出现第一条裂缝,此时,10KN也为DB-3的实测开裂荷载.随着继续加载,裂缝增多,裂缝均在拼缝两侧处产生,拼缝处未出现裂缝,裂缝也由拼缝处两侧向试件两端方向发展,当达到极限荷载时,拼缝处只出现较小裂缝未出现大裂缝,且宽度较小,发展缓慢.

根据钢筋拉伸性能试验,实测受拉钢筋的弹性模量为2.0×105N/mm2,屈服强度为415N/mm2,相应的钢筋屈服应变为0.00205.在正式试验过程中,当试件DB-1加载到38kN荷载时其受拉钢筋的平均应变超过了屈服应变,荷载加到44.1kN时受拉钢筋的应变达到0.01,此时荷载值为试件DB-1的极限荷载[4];当试件DB-3加到46kN荷载时其受拉钢筋的平均应变超过了屈服应变,荷载加到52.6kN时受拉钢筋的应变达到0.01,此时荷载值为试件DB-3的极限荷载.根据上述对试验现象的描述以及确定实测开裂荷载值和极限荷载值的方法,得出以下实测荷载值,如表1所示.

从图5、6中可以看出,在混凝土开裂前,两试件板C、D点的混凝土应变非线性变化均较小且应变值也较小,当混凝土开裂后,C、D点的混凝土应变非线性变化较大且都有较大幅度增长,尤其D点混凝土应变更发生突变.当荷载加到18KN时,试件DB-1的D点混凝土拉应变显示为789个微应变,随着荷载继续增大到22KN时,D点混凝土应变片的读数为10000,即仪器的满量程,应变片被拉断,继续加载到34KN时,C点的混凝土拉应变为1489个微应变,当荷载达到38KN时,C点混凝土应变片的读数为10000,应变片被拉断;当试件DB-3荷载加载到实测极限荷载52.6KN时,试件DB-3的D点混凝土应变片未被拉断,应变显示为617个微应变.

3 试验现象分析

通过试验现象可以看出DB-3拼缝处D点的混凝土应变片未被拉断而且其承载力高于试件DB-1的承载力,这说明拼接板拼缝处的构造措施是合理有效的,拼缝处的构造措施是通过两侧预留钢筋相互搭接一定长度,然后弯起至后浇混凝土层顶部,然后再在两根弯起的顶部钢筋中间搭接一根连接筋,从而形成了一个类似钢结构的空间桁架,而试件DB-3更在空间桁架中加设了一个多功能限位器,更加大大增强了空间桁架的受力性能,从而对提高拼接叠合板的承载能力是有利的,实现了使薄弱处变成较强处的设计目的,这正是多功能限位器的使用加强了叠合面的抗剪强度[5],增强了叠合板的整体性和刚度,间接提高了叠合板的承载力.

4 结论

(1)基于性能设计的叠合板采取的拼缝构造措施(钢筋空间桁架)能够实现拼缝处无缝连接,保证了拼缝有效的传递弯矩,提高了拼接叠合板的承载能力.

(2)拼缝处钢筋空间桁架是影响拼接叠合板受弯承载力的一个重要因素,可以通过改进钢筋空间桁架强度使传力更加有效,更深一步的开发拼接叠合板的承载潜力.

(3)试验中的传统叠合板在叠合面出现了一些微小的水平裂缝,而基于性能设计的叠合板未在叠合面出现裂缝,说明多功能限位器加强了叠合板的整体性,保证了叠合面的抗剪强度

(4)试验结果证明了增强式拼缝是合理有效的,实现了拼缝处无缝连接,因此拼接叠合板以及按双向受力设计的叠合板均可以广泛应用于实际工程中.并且这种新型叠合板具有方便施工、节省模板、精确控制混凝土保护层厚度,定位钢筋位置,提高施工质量、缩短工期等方面的优势,应该在实际工程中大力推广和应用.

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参考文献:

〔1〕周旺华.现代混凝土叠合结构[M].北京:中国建筑工业出社,1998.12-180.

〔2〕GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].中华人民共和国国家标准.北京:中国建筑工业出版社,2010.

〔3〕GB50152—92.混凝土结构试验方法标准[S].中华人民共和国国家标准.北京:中国建筑工业出版社,2002.

〔4〕聂建国,陈必磊,陈戈,等.钢筋混凝土叠合板的试验研究[J].工业建筑,2003,33(12):43-46.

〔5〕孙世泉.混凝土叠合构件界面抗剪性能研究[D].重庆:重庆交通大学,2007.6-42.