叠合楼板吊点抗拔试验研究

李 娜，徐其功，2，陈春晖，毛 娜，魏 偲

（1、广东省建科建筑设计院有限公司 广州510010；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

0 引言

装配式建筑具有提高建设效率、提高建筑质量、减少资源消耗、减少环境影响等优点［1］。随着装配式建筑的发展，钢筋桁架叠合楼板作为装配整体式混凝土结构中的重要水平构件［2，3］，得到了大规模的推广和应用。

钢筋桁架叠合楼板由预制的自带钢筋桁架的底板，及上部现浇混凝土结合面层2 部分组成，预制底板可直接作为现浇混凝土结合层的底模，既减少了现场湿作业工作量，又减少了现场拼拆模板的工作量，同时施工质量容易保证［4］。

1 试验目的

装配式建筑建造过程中，叠合板的预制部分在脱模及施工吊装时，需利用预埋吊环或板内的桁架钢筋承受吊装荷载［5，6］。预制部分为薄板构件，采用多点位吊装，如图1 所示，通过计算脱模荷载和吊装荷载来确定吊点数量。

施工过程中承受吊装荷载的钢筋为受拉预埋件，若通过正常计算来判断预埋钢筋所能承受的拉力，其锚固长度应满足受拉钢筋的锚固长度要求。根据《混凝土结构设计规范》［7］，当受拉钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度的60%。

图1 叠合楼板吊装Fig.1 Lifting of the Reinforced Truss Composite Assembled Slab

对于混凝土强度等级为C30 的叠合楼板，为达到计算条件，直径为6 mm（HRB400）的桁架腹杆钢筋，锚固长度应为0.6×0.14×360×6/1.43=127 mm；直径为12 mm（HPB300）的吊环钢筋，锚固长度应为0.6×0.16×270×12/1.43=218 mm。可见无论是桁架腹杆钢筋还是吊环钢筋，所需的锚固长度均远远大于叠合楼板预制部分的厚度（60～80 mm），无法通过计算来判断吊点所能承受的施工荷载。

本次试验的主要目的是测出叠合楼板预制底板内预埋吊环或桁架钢筋的最大可承受拉力以及吊点处的破坏形式，为叠合板预制部分的脱模及吊装安全提供可靠支撑。

2 试验过程

2.1 试件设计与制作

本次试验包含4 组、每组各3 个，共12 个试件。其中对脱模状态的试验，为确保试件脱模后能及时进行试验，脱模工况的2 组共6 个试件直接在试验室加工完成；而吊装工况的2 组共6 个试件由预制构件制作厂预制完成后，再运输至试验室进行试验。

预制底板的厚度，除要满足构件本身的受力要求外，还需根据构件生产、运输、吊装以及现场施工过程的荷载通过计算确定［8］。叠合楼板预制层厚度通常为60～80 m，本次试验试件按60 mm 的预制底板进行设计。

根据预制构件厂的实际流程，脱模时的混凝土强度为设计强度的50%，对脱模工况的2 组试件，在混凝土强度达到设计强度的50%时，即进行试验；预制构件出厂时的强度达到设计强度的100%，因此吊装工况的2 组试件，在运输至试验室后可随时进行试验。

构件详图如图2、图3 所示。其中，利用预制板的桁架钢筋作为吊点的试件，脱模工况及吊装工况所对应的试验构件编号分别为1-1～1-3 及3-1～3-3；利用预制板内预埋吊环作为吊点的试件，脱模工况及吊装工况所对应的试验构件编号分别为2-1～2-3 及4-1～4-3。

图2 桁架钢筋抗拔试件（脱模工况试件1-1～1-3；吊装工况试件3-1～3-3）Fig.2 Pull-out Specimens with Embedded Truss Reinforcement（Specimens for Demoulding 1-1～1-3；Specimens for Lifting 3-1～3-3）

图3 预埋吊环抗拔试件（脱模工况试件2-1～2-3；吊装工况试件4-1～4-3）Fig.3 Pull-out Specimens with Lift Ring（Specimens for Demoulding 2-1～2-3；Specimens for Lifting 4-1～4-3）

2.2 材料性能

本次试验所采用的材料等级，混凝土为C30，桁架钢筋为HRB400，吊环为HPB300。

对于脱模状态的试件，试验时的混凝土强度要求达到50%，在试件制作时同期预留了较多数量的试块，分别对不同龄期的试块进行测试，测试结果如表1所示。

表1 脱模试件混凝土立方体抗压强度值Tab.1 Compressive Strength Value of Concrete Cube in Demoulding Working Condition

龄期为2d 的混凝土试块，其强度已达到设计值的50%，此时开始进行脱模试件的吊点抗拔试验；脱模试件的吊点抗拔试验结束后，再对留置的混凝土立方体试块进行测试，此时测出的立方体抗压强度标准值约为19 MPa；试件的试验条件与实际脱模状态基本吻合。

2.3 试验加载装置及测量仪器

叠合楼板桁架钢筋和预埋吊环的抗拔试验加载装置和测量仪器如图4 所示。图中所示加载部分为200 t 的拉压千斤顶，千斤顶上面为力传感器，通过高速静态数据采集仪采集力信号和应变信号。

图4 试验加载装置及测量仪器Fig.4 Loading Device and Measuring Instrument

2.4 试验加载制度及数据测量

本次试验采用力控的方式，按0.5 kN/s 的加载速率连续加载，直至混凝土破坏或桁架钢筋（吊环）被拔出才停止加载。试验全过程对力和应变数据连续测量，并采用录像的形式观察叠合板裂缝开展情况。

3 试验结果分析

3.1 试件破坏现象

3.1.1 桁架钢筋抗拔的试件

对于桁架钢筋抗拔的试件，无论是脱模工况还是吊装工况，其最终的破坏形态分成3 种不同的状态：

⑴桁架钢筋连接良好，焊点未脱开，此时破坏形态为混凝土拉裂，桁架钢筋整体拔出，如图5a 所示。

⑵桁架腹杆钢筋和下弦钢筋焊点脱开，附近混凝土拉裂，部分桁架钢筋拔出，如图5b、图5c、图5d所示。

⑶桁架腹杆钢筋和上弦钢筋焊点脱开，加载中断，如图5e、图5f 所示。

图5 桁架钢筋抗拔试件破坏形态Fig.5 Failure Mode of Pull-out Specimens with Embedded Truss Reinforcement

3.1.2 吊环抗拔的试件

对于吊环抗拔的试件，无论是脱模工况还是吊装工况，其最终的破坏形态基本一致，均表现为混凝土拉裂，吊环产生较大变形，但由于吊环钢筋水平段设置在叠合板钢筋的底部，试件破坏时虽然承载力已经降低，但是吊环没有被整体拔出。如图6 所示。

图6 吊环抗拔试件破坏形态Fig.6 Failure Mode of Pull-out Specimens with Lift Ring

3.2 承载力特性分析

3.2.1 桁架钢筋抗拔试件

桁架钢筋抗拔试件的试验数据如表2 所示。

桁架钢筋抗拔的试件，根据3 种不同的破坏形态，其最终承载力分析如下：

⑴桁架钢筋连接良好，焊点未脱开，如试件1-2，测出的极限承载力为38.5 kN；

⑵桁架腹杆钢筋和下弦钢筋焊点脱开，如试件1-1、1-3、3-3，测出的极限承载力分别为25.4 kN、18.5 kN、24.3 kN；

⑶ 桁架腹杆钢筋和上弦钢筋焊点脱开，如试件3-1、3-2，测出的极限承载力分别为27.5 kN、23.3 kN。

对于桁架钢筋抗拔试件，在桁架钢筋连接良好的情况下，抗拔试验测得的极限承载力较高；而当腹杆钢筋与弦杆钢筋的焊点脱开时，抗拔试验测出的极限承载力大幅下降，试件1-3 甚至出现了试验室加载中断，所测得的极限承载力极小的状况。

3.2.2 吊环抗拔试件

吊环抗拔试件的试验数据如表2 所示。

对于吊环抗拔试件，除试件2-1 测出的极限承载力偏小、而试件4-2 测出的极限承载力偏大外，其余试件所测得的极限承载力较为稳定，变化范围在31～34 kN 之间。

表2 桁架钢筋及吊环抗拔试件抗拔承载力Tab.2 Maximum Lifting Force of Specimens with Embedded Truss Reinforcement and Lift Ring

4 结语

⑴根据《混凝土结构工程施工规范：GB 50666-2011》［9］，预制构件中的预埋吊件施工安全系数为4，以此来计算桁架钢筋及吊环的抗拔承载力：

桁架钢筋连接良好的试件仅有1 个，此时测出的极限承载力为38.5 kN，所能承受的施工荷载标准值为38.5/4=9.6 kN，但因仅有1 个试件的结果，数据不具备普适性；

桁架钢筋的腹杆钢筋与弦杆钢筋焊点脱开时，不考虑无法继续加载的试件1-3 结果，其余4 个试件所测出的极限承载力较为稳定，最小值为23.3 kN，此时所能承受的施工荷载标准值为23.3/4=5.8 kN；

吊环抗拔试件测得的极限承载力，除试件2-1 偏小外，其余5 个试件均稳定在30 kN 以上，如按最不利试件计算，其所能承受的施工阶段荷载标准值为27.5/4≈6.9 kN。

⑵根据国家建筑标准设计图集《桁架钢筋混凝土叠合板（60 mm 厚底板）》［10］，对吊件的承载力进行复核：

图集中四点起吊的板，最大尺寸为2 000×4 500，单个吊点承受的施工荷载标准值为2×4.5×0.06×25/4=3.4 kN；

图集中六点起吊的板，最大尺寸为2 400×6 000，单个吊点承受的施工荷载标准值为2.4×6×0.06×25/6=3.6 kN。

⑶根据试验所得的结果，无论是预埋吊环还是板内的桁架钢筋，其所能承受的施工荷载标准值均大于实际施工时的荷载值，叠合楼板内的预埋吊件满足施工安全要求。

⑷桁架钢筋间的焊接质量对抗拔承载力影响较大，当采用桁架钢筋作为吊点时，需确保吊点处桁架钢筋的上下弦与腹杆焊接良好，必要时可对桁架钢筋局部加强。