现浇钢筋桁架楼承板受力性能试验研究

王金波 刘利先,2 赵振 郭召旭 李坤

(1.昆明理工大学建筑工程学院 昆明 650500； 2.云南云智工程检测鉴定有限公司 昆明 650000；3.云南工程建设总承包股份有限公司 昆明 650011)

0 引言

随着国民经济的快速发展，人们的生活观念也发生了改变，在对住宅建设速度提出更高要求的同时，更注重在住宅建设的过程中实现绿色环保的目标，在这样的背景下，钢结构住宅迎来了巨大的发展机遇[1]。钢结构住宅实现了住宅设计和生产标准化，现场施工便捷，是可以循坏使用的绿色建筑，契合建筑工业化和住宅产业化的发展方向[2]。

钢筋桁架楼承板是近年来逐渐得到推广和应用的新型钢结构建筑楼板形式，楼板中的上下层钢筋在工厂加工成空间桁架的形式，再将底部镀锌板与钢筋桁架焊接在一起形成钢筋桁架楼承板体系，这种新型楼板具有施工快速、现场钢筋绑扎量少、混凝土保护层厚度一致等优点[3]。目前，国内对现浇钢筋桁架楼承板各受力构件在混凝土浇筑和混凝土硬化过程中受力特点变化的研究较少[4-10]，对现浇钢筋桁架楼承板的刚度研究尚不充分。基于此，本文对现浇钢筋桁架楼承板在混凝土浇筑和混凝土硬化过程中的受力性能进行试验研究，得到的数据和结论可为其他工程的设计与施工提供参考。

1 试验概况

1.1 试验区设计

某钢结构建设项目，建筑主体高度为20 m，总建筑面积为31 900 m2，楼板采用现浇钢筋桁架楼承板，以此项目为依托，进行现浇钢筋桁架楼承板混凝土浇筑和混凝土硬化阶段上弦、下弦钢筋及混凝土应变监测的试验，试验区楼板平面布置见图1。

图1 试验楼板平面布置

综合考虑现浇钢筋桁架楼板结构形式、混凝土龄期、楼板位置(中间跨或边跨)、临时支撑布置对楼板受力性能的影响，本试验共设计了8块钢筋桁架混凝土现浇板，试验区楼板编号为B1～B8，相关设计参数见表1所列，其中B1、B3、B5及B7号楼板在跨中位置设置了临时支撑，支撑立杆间距为1 300 mm；试验采用的钢筋桁架模板型号为TDB7-120，具体参数见表2。

表1 试验区楼板相关设计参数

表2 钢筋桁架模板参数

1.2 测点布置

桁架钢筋应变测点：在整个浇筑区域钢筋桁架跨中上弦钢筋上侧、下弦钢筋下侧各布置了8个测点，见图2。混凝土应变测点：在无支撑区域和有支撑区域跨度最大的B1和B2楼板板面附近,每跨布置5个混凝土应变传感器，见图3，混凝土应变传感器安装在与上弦钢筋同高位置处，图中X向为横向，Y向为纵向，除2#和7#测点仅布置Y向应变计外其余测点均布置X向和Y向应变计。

(a)桁架钢筋测点平面布置

(b)弦杆钢筋侧位布置图2 桁架钢筋应变测点布置

(a)B1楼板混凝土应变测点

2 试验结果

混凝土浇筑后1 h，发现所有现浇楼板普遍开裂，楼板面产生较多塑性坍落裂缝，裂缝走向沿钢筋桁架方向，裂缝出现后，施工单位及时进行二次抹面压光处理，处理后裂缝消失。混凝土龄期为4 d时，未设临时支撑的B6、B8楼板再次出现较多沿桁架方向的规则裂缝，最大裂缝宽度达0.55 mm，现场裂缝分布见图4。

图4 现场裂缝

实测混凝土试块(150 mm×150 mm×150 mm)抗压强度见表3。

表3 混凝土实测强度

2.1 桁架钢筋应变曲线

参照图2中的桁架钢筋应变测点布置图进行测点布置，现场连续监测记录弦杆钢筋的应变。图5为试验楼板上、下弦钢筋的应变变化曲线(受拉为正，受压为负)。

由图5可知，所有试验楼板在混凝土龄期为4 d前，弦杆钢筋应变随混凝土龄期增加基本呈线性稳定增长，当混凝土龄期到4 d时，无论是否布置临时支撑，上、下弦钢筋拉应变均达到峰值，应变—龄期曲线出现明显拐点，此时混凝土强度为设计值的34%，随着混凝土强度的增加，楼板体系传力模式逐渐由竖向传力变为水平传力，应变曲线斜率降低，弦杆钢筋拉应变减小，当混凝土龄期到11 d时(混凝土强度达到设计值的50%)，弦杆钢筋受力趋于稳定，有支撑楼板弦杆钢筋满足上弦受压、下弦受拉的规律，无支撑楼板上、下弦钢筋均处于受压的状态，有支撑楼板上弦最大压应变为221 με(1#测点)，无支撑楼板上弦最大压应变为280 με(8#测点)。

(a)有支撑楼板上弦、下弦钢筋应变

(b)无支撑楼板上弦、下弦钢筋应变图5 桁架钢筋应变变化曲线

结合试验现象，混凝土龄期为4 d时，未设临时支撑的B6、B8楼板再次出现较多顺筋裂缝，这是由于楼板上弦钢筋拉应变较大引起的，以8#测点为例，混凝土龄期达到4 d时，其上弦钢筋拉应变达到162 με，是4#测点的225%。试验过程中，B1楼板1#测点下弦钢筋的应变始终大于其余测点的应变值，其最大拉应变为338 με，拆除支撑后，有支撑楼板下弦钢筋应变在短时间内有明显的增长，增长值最大达到了55 με。

试验结果显示，混凝土龄期为6 d时，无支撑楼板上弦钢筋开始由受拉转为受压，而有支撑楼板上弦钢筋在混凝土龄期为8 d时才进入受压的应力状态，所以，与设临时支撑的楼板相比，当其他条件相同时，无支撑楼板存在上弦钢筋压应力超前现象，即无支撑楼板上弦钢筋总是先于有支撑楼板上弦钢筋进入受压状态。

2.2 混凝土应变曲线

参照图3的混凝土应变测点布置，选取B1板的1#、2#、3#、4#测点和B2板的6#、7#、8#、9#测点为代表，绘制出混凝土应变变化曲线，如图6所示。

(a)1#,6#测点混凝土应变

(b)2#,7#测点混凝土应变

(c)3#,8#测点混凝土应变

(d)4#,9#测点混凝土应变图6 混凝土应变变化曲线

从混凝土应变曲线的走势来看，其与弦杆钢筋应变曲线相似。不同测点的混凝土应变值差异较大，但总体发展趋势基本一致，混凝土龄期达到4 d前，所有测点混凝土应变曲线基本呈线性增加，这一阶段的拉应变增长主要由混凝土自身收缩引起。

由图6可知，随着混凝土的凝结硬化，混凝土应变—龄期曲线在第4天出现了明显的拐点，测点混凝土拉应变达到峰值，说明此时混凝土和桁架钢筋开始共同工作，混凝土浇筑完成7 d后，测点应变普遍由受拉转为受压，对比于有支撑楼板，无支撑楼板存在受压区混凝土压应力超前的现象。混凝土龄期达到12 d(混凝土强度约为设计值的50%)时，混凝土受力稳定，B1楼板与B2楼板对应测点混凝土受力特征有所不同，B1楼板混凝土应变多为拉应变，B2楼板有较多测点应变为压应变，且B2楼板测点应变绝对值大于B1楼板对应测点应变绝对值。

本次测试混凝土应变测点埋设在上弦钢筋位置处，应变测点距板表面尚有30 mm左右的距离，楼板面混凝土实际应变小于测试点混凝土应变，所以混凝土龄期大于3 d时B1楼板虽有部分测点拉应变超过混凝土极限拉应变但未出现开裂现象。

3 结论

(1)对于现浇钢筋桁架楼承板，混凝土强度较低时，无论是否施加支撑，楼板只有钢筋桁架提供了刚度，楼板竖向传力，这一阶段无论是弦杆钢筋还是混凝土的应变都快速增长，当混凝土强度达到设计值的30%左右时，桁架钢筋和混凝土开始共同工作，楼板体系传力模式逐渐由竖向传力变为水平传力，结构刚度大大提高，各构件受力状态发生改变，混凝土强度达到设计值的50%左右时，板内弦杆钢筋和混凝土应变趋于稳定。

(2)通过研究有无临时支撑对现浇钢筋桁架楼承板力学性能的影响，发现两种形式的现浇楼板均能满足施工阶段的要求，设置临时支撑的现浇钢筋桁架楼承板有更好的受力性能，混凝土硬化后，其弦杆钢筋上弦受压、下弦受拉的受力特征更加明显。

(3)对比于有临时支撑的现浇钢筋桁架楼承板，无支撑楼板存在上弦钢筋压应力超前和受压区混凝土压应力超前现象。

(4)对于现浇钢筋桁架楼承板，混凝土浇筑完成后楼板面会产生较多塑性坍落裂缝，在未设临时支撑的条件下，二次抹面压光处理并不能根除此类裂缝，因此，实际工程中应严格控制混凝土的水灰比，适度采用减水剂，对于多跨连续现浇续钢筋桁架楼承板，宜在边跨楼板跨中设置临时支撑，以防止因混凝土强度发展不够导致顺筋裂缝的再次出现。