24 m跨预应力混凝土双T 板力学性能研究

刘士润 徐永乐 孙德胜

(大连理工现代工程检测有限公司，辽宁大连 116023)

预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，具有抗裂性好，刚度大，可以节省材料，减少自重等优点。与钢结构相比，预应力混凝土结构具有用钢量少，防火性和防腐性好，同时维护成本低的优点。因此在建造跨度较大，但一般不超过30 m跨的礼堂、会议室和工业厂房中，预应力混凝土双T板被广泛采用。但预应力混凝土对施工工艺要求较高，如控制不好容易出现质量问题。由于张拉力很大，放张时对混凝土产生很大的压力，将产生反拱，并易在端部受压区产生水平裂缝，在端部上表面混凝土产生裂缝。

在实际的工作中，就遇到了24 m预应力混凝土双T板端部受压区产生水平裂缝，或在端部上表面混凝土产生裂缝。为检验该批24 m预应力混凝土双T板(以下简称“双T板”)的力学性能是否能够满足使用要求，现场抽取一块双T板进行了加载试验，对其受力性能进行研究。

1 双T板构造

混凝土强度等级为C45，钢绞线采用φ12.7，截面积为98.7 mm2，强度标准值为1 860 N/mm2，弹性模量为1.95×105N/mm2，张拉控制应力σcon=0.7fptk，单根钢绞线的张力控制力为128.51 kN，截面尺寸及钢绞线布置如图1所示。该双T板端部受压区肋板侧面出现细微水平裂缝，缝宽约0.05 mm。

图1 双T板截面尺寸及钢绞线布置

2 测量仪器布置及加载方式

2.1 测量仪器布置

预应力混凝土双T板东西两个肋板跨中分别放置1个百分表(同时放置1个位移计)，南侧支座放置2个百分表，北侧支座放置2个百分表，测量双T板肋板跨中变形(上述东西南北方位，按试验时双T板的放置位置确定)。百分表具体位置见图2，图3。

图2 百分表布置

2.2 加载值计算

根据该厂房设计图纸双T板的恒荷载(不含板自重)标准值合2.030 kN/m2。双T板自重约为202 kN，合3.510 kN/m2;双 T板的活荷载标准值为0.500 kN/m2。则荷载准永久标准组合值:2.030+3.510=5.540 kN/m2。荷载标准组合值:2.030+3.510+0.500=6.040 kN/m2。荷载基本组合值:1.2 × (2.030+3.510)+1.4 ×0.500=7.348 kN/m2。

2.3 加载分级

选用砖进行堆载，共分11级进行加载。称取10块砖，单砖重量平均值为2.72 kg。前5级，每级加860块砖，合0.406 kN/m2，第5级荷载与楼板自重之和为5.540 kN/m2;后第6级和第7级，每级加530块砖，合0.250 kN/m2，第7级荷载与楼板自重之和为6.040 kN/m2;后第8 级到第11 级，每级加712 块砖，合0.336 kN/m2，第11级荷载与楼板自重之和为7.348 kN/m2。加载情况见图4。

3 试验结果和分析

图3 跨中百分表和位移计

图4 板面加载情况

3.1 试验现象

在前7级荷载作用下，双T板东、西侧肋板均未开裂，跨中挠度与荷载基本呈线性关系。在第8级荷载作用下，双T板东西肋板开裂，东侧肋板跨中附近最宽处裂缝，距底部70 mm处裂缝宽度为0.03 mm;距底部300 mm处裂缝宽度为0.08 mm(该裂缝最大宽度)，长度为410 mm。在第11级荷载作用下，该裂缝继续开展，距底部70 mm处裂缝宽度为0.10 mm;距底部300 mm处裂缝宽度为0.24 mm(该裂缝最大宽度)，长度为470 mm。在第8级荷载作用下，西侧肋板跨中附近最宽处裂缝，距底部70 mm处裂缝宽度为0.02 mm;距底部380 mm处裂缝宽度为0.04 mm(该裂缝最大宽度)，长度为450 mm。在第11级荷载作用下，该裂缝继续开展，距底部70 mm处裂缝宽度为0.04 mm;距底部380 mm处裂缝宽度为0.22 mm(该裂缝最大宽度)，长度为480 mm。在肋板中部的裂缝宽度大于下部的裂缝宽度，是因为下部钢绞线有效的限制了混凝土裂缝集中开展，使其开展较均匀。中部因无钢绞线裂缝未受到有效限制，开展较集中，因此裂缝较宽。整个加载过程中，该双T板端部受压区肋板侧面出现水平裂缝始终未开展。卸载后，双 T板向上回弹，东侧肋板的跨中的残余变形为14.97 mm，西侧肋板的跨中的残余变形为13.69 mm，跨中附近的裂缝基本闭合。

3.2 荷载挠度曲线

双T板东、西侧肋板荷载—跨中挠度曲线分别见图5，图6。由图5和图6可知，在前7级荷载作用下，双T板东、西侧肋板开裂前，跨中挠度与荷载基本呈线性关系。在第8级荷载作用下，双T板东、西侧肋板开裂。双T板东、西侧肋板刚度均下降，分别为开裂前的27.6%和28.5%，表明双T板在开裂后刚度将降低。

图5 双T板东侧肋板荷载—跨中挠度曲线

3.3 挠度计算

1)双T板自重和预应力作用下。东侧肋板的反拱值为59.00 mm(向上)。西侧肋板的反拱值为60.00 mm(向上)。2)双T板上部恒载作用下(2.03 kN/m2不含板自重)。东侧肋板的跨中变形为40.30 mm(向下)。西侧肋板的跨中变形为40.21 mm(向下)。则在双T板自重、预应力和楼板上部恒载作用下:东侧肋板的跨中挠度为:59.00－40.30=18.70 mm(向上)。西侧肋板的跨中挠度为:60.00－40.21=19.79 mm(向上)。3)双 T 板的活荷载(0.50 kN/m2)作用下变形。考虑活荷载的作用次序，选择第5级与第7级的变形进行差值，计算得到:东侧肋板的跨中变形为11.17 mm(向下)。西侧肋板的跨中变形为11.07 mm(向下)。综上所述，根据GB 50152-2012混凝土结构试验方法标准，考虑长期荷载作用对挠度增大的影响系数θ=2，则双T板的挠度为:东侧肋板的跨中挠度为:18.70×2 －11.17=26.23 mm(向上)。西侧肋板的跨中挠度为:19.79 ×2 －11.07=28.51 mm(向上)。

图6 双T板西侧肋板荷载—跨中挠度曲线

4 结语

1)在第7级荷载作用下，荷载值为2.530 kN/m2(与楼板自重之和为6.040 kN/m2，与荷载标准组合值相等)，该双T板跨中未出现裂缝，满足GB 50010-2010混凝土结构设计规范规定的二级受力裂缝控制等级的要求。根据分级加载的实测结果、预应力和荷载的长期作用效应，该双T板在荷载标准组合值作用下，东侧肋板的跨中挠度为26.23 mm(向上)，西侧肋板的跨中挠度为28.51 mm(向上)，满足GB 50010-2010混凝土结构设计规范规定的挠度要求。2)在第11级荷载作用下，荷载值为3.874 kN/m2(与楼板自重之和为7.348 kN/m2，与荷载基本组合值相等)，东侧肋板和西侧肋板的跨中受拉主筋处最大裂缝宽度分别为0.10 mm和0.04 mm，均小于1.5 mm;东侧肋板和西侧肋板的跨中挠度分别为 137.15 mm 和 136.88 mm，均小于 480 mm(24 000/50=480 mm)，表明承载力满足设计要求。3)整个加载过程中，该双T板端部受压区肋板侧面出现水平裂缝始终未开展。卸载后，双T板向上回弹，东侧肋板的跨中的残余变形为14.97 mm，西侧肋板的跨中的残余变形为13.69 mm，跨中附近的裂缝基本闭合。

综上所述，该肋板端部受压区产生水平裂缝的24 m预应力混凝土双T板正常使用极限状态和承载能力极限状态满足GB 50010-2010混凝土结构设计规范规定的设计要求。

[1] GB 50152-2012，混凝土结构试验方法标准[S].

[2] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

[4] 东北地区建筑设计标准化办公室编制.DYG 2003-08图集[Z].