装配式叠合双向板受力性能实验研究及分析

计策

（汕头高新区科创投资开发有限公司，广东 汕头515051）

1 引言

2012 年以来，合肥市立足于建筑产业化“千亿产业”目标，全市装配式建筑工作取得显著成效，目前，装配式建筑年设计产能（PC）已达到7×106m2，截至2016 年年底，合肥市装配式建筑项目已开工和计划开工面积累计达5×106m2。但目前已有规定限制装配式叠合板剪力墙结构建筑的层高在18 层以下，建筑高度不超过60m，当前的装配式建筑发展急需突破这个技术关隘，其中，叠合式楼板的受力性能能否与现浇双向板一致直接关系到建筑高度的发展[1]。

双拼式叠合板是预制部分（2 块预制板拼接）以及格构钢筋和现浇部分在界面结合，形成整体受力的混凝土叠合式双向板，具有制作速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量等特点。我国现阶段工程中所使用的叠合板一般为单向板，对于叠合式双向板的研究还不完善，此次足尺静载试验就是要研究探讨这种叠合式双向板和现浇双向板在受力时的异同点[2]。

2 双拼式叠合式双向板静载试验简介

2.1 静载试验材料及支撑条件

本次实验总共设计4 块双向板，所有板的尺寸均为4400mm×3300mm×120mm。板的编号：B-1 为普通现浇双向板，B-2、B-3、B-4 为同尺寸的双拼叠合式双向板（预制层厚度为60mm）。

混凝土：采用C30 等级混凝土。

钢筋：采用HRB400 钢筋，短跨配筋φ6mm@150mm，长跨配筋φ6mm@250mm（见表1）。

板在拼缝处配筋按DB34/T 810—2008《叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程》中锚固配筋的要求配置[3]。

表1 钢筋材料参数

所有板均放置在250mm 宽的刚性梁上，叠合预制板部分的配筋如图1 所示。

图1 叠合预制板部分的配筋示意图

2.2 静力加载设计

竖向荷载加载所使用的为铁块、沙袋、混凝土梁，铁块、沙袋、混凝土梁的质量分别为10kg、20kg、250kg。

2.3 量测仪器的选择及布置

1）泰斯特静态数据采集仪：用于采集各级荷载加载下各位移计的位移值（见图2a）。

2）YHD-50 型位移计：记录板在试验过程中各测点的位移值（见图2b）。

3）40 倍裂缝观察仪：读取板底开裂裂缝的宽度[4]，（见图2c）。

图2 量测仪器示意图

3 挠度、裂缝开展试验结果及分析

3.1 板的挠度分析

在4 块板的加载结束后，观察了板的开裂情况，并确定板的实际开裂荷载，列出了现浇双向板按弹性理论计算的开裂荷载（见表2）。

表2 开裂荷载与计算开裂荷载对比

3.2 挠度结果对比及分析

实验采集数据拟合曲线显示（见图3），双拼叠合式双向板挠度最大处和现浇双向板是相同的，出现在板的中点[5]。

图3 双拼叠合板板底各测点挠度

B-1、B-2 板，主要观察2 块板在各加载阶段挠度最大处的变化情况，如图3 所示，现浇双向板和双拼叠合板在弹性阶段的最大挠度变化规律基本相同，进入塑性阶段后略微有差异但不大，在实际工程应用中可忽略不计。

B-3、B-4 板，主要观察2 块板在进入弹塑性阶段后挠度最大处的变化情况，在加载过程中，B-3、B-4 板表现出了良好性能，在开裂荷载前的荷载-挠度曲线与现浇板基本一致，呈

现出线性变化。这表明在弹性阶段，弹性薄板理论同样可以应用于双拼叠合式双向板[6]。

应用弹性薄板小挠度理论，简支边界条件板在均布荷载下的纳维尔解法可得到以下简化公式：

式中，ωmax为板的最大挠度；h为板厚度；q0为均布荷载的大小；a、b为板的长边和短边边长；D为板的挠曲刚度；μ 为混凝土的泊松比；E为混凝土的弹性模量。

由式（1）计算出板在弹性阶段的最大理论挠度值与B-3和B-4 在弹性阶段试验挠度值（见图4），各板在达开裂荷载之前，理论挠度值和实验挠度值基本吻合，误差在7.5%以内，可以满足工程计算需要[7]。

图4 弹性阶段理论挠度值与叠合板实验值对比图

4 结语

1）静力加载试验证明，双拼叠合式双向板具有较强的刚度，当配置钢筋的受拉强度设计值取400N/mm2时，弹性阶段下双拼叠合式双向板的挠度与现浇双向板基本相同，完全可以利用已有双向板弹性理论计算双拼叠合式双向板在弹性阶段的挠度。

2）双拼叠合式双向板开裂之后，用弹性挠度理论计算的挠度值与实验值之间差异明显，尤其是在板背面大量裂缝出现后，板的刚度迅速退化，使得挠度增加变快。

3）由4 块板挠度试验数据对比发现，板开裂进入弹塑性阶段后，现浇双向板和双拼叠合式双向板的荷载-挠度曲线变化并未出现明显的分化，B-2、B-3、B-43 块双拼叠合式双向板的挠度曲线都与B-1 现浇双向板挠度曲线变化一致，这有力地说明双拼叠合板的刚度与双向板无明显差异[8]。

4）从4 种板裂缝开展上看，双拼叠合板的裂缝破坏形态与现浇双向板基本相同，3 块双拼叠合式双向板在标准荷载下的裂缝宽度均满足规范要求。

5）由此次试验证明：双拼叠合式双向板在12cm厚度的条件下完全可以适用于双向板的计算理论，在工程薄板中依然适用。18cm 厚度以上的双拼叠合板在德国已有大量试验数据支持，故此次试验进一步证明了叠合板可以双向受力的理论。