小间距钢梁混凝土空心楼盖空心混凝土板变形分析

胡望HU Wang

（湖南城建职业技术学院，湘潭 411101）

0 引言

自中国特色社会主义建设发展以来，建筑业飞速发展，其中高层、大跨度的建筑数量也跟随经济的发展和技术的成熟越来越多，同时也处在向上增长阶段[1]。六七十年代开始，我国就已经有对空间结构开展了研究，空间网格结构由三部分组成，分别是杆单元、梁柱单元及板壳单元，由三者组合成了一个3D 空间体系。但因为以前经济发展较慢，技术也不成熟，钢材的产量有限、施工设备限制等原因，导致了空间结构的研究和施工运用发展很落后。到了八九十年代的时候，经济得到发展，技术水平也有提高，同时建筑、材料、机械等各行各业都发展快速，空间结构也得到迅猛发展，在社会、行业、政府等的建设中需求量也有很大提升。网架结构、网壳结构、索网结构、组合网架结构、组合网壳结构等一类得到快速拓展和发展[2]。

空间结构的类型越来越多，但不同的类型有不同的适用情况。以前的传统的空间网格结构，如板式空间网格结构，理论研究与实际运用都比较多而且相关技术比较成熟。在这些前辈们辛勤付出的研究以及工程实际运用的基础之上，运用这些已经得到工程实践运用的理论基础，我们又提出了一种区别于以往的新的钢筋砼结构类型，这类新型的钢筋砼的最显著的优点主要是更“轻”，在原有的基础上减小了本结构的自重。这几种新型的钢筋砼空间网格结构的类型主要包括四种，分别是：空腹夹层板结构，现浇混凝土空心楼盖结构，中空双层网格结构，板式空腹网架结构[3]。

小间距钢梁混凝土空心楼盖跟前述介绍的空间网格结构非常相似，是在钢筋混凝土空间网格结构的基础上，发挥主观能动性，进行了创新。将空间网格结构中的混凝土量用H 型钢的钢梁代替，在这个结构中梁之间的距离为2m，钢梁我们用的是H 型钢梁，使其具备了钢-混组合楼盖和“盒式钢结构”优异的抗震效果的特点[4]。

1 试验概况

1.1 试验模型

小间距钢梁混凝土空心楼盖[5]，它既有钢结构楼盖的特征，同时又有现浇混凝土空心楼盖的特征，集合了两种结构的特点，是一种有创新的空间网格结构类型[6]。本文中的试验模型对小间距钢梁混凝土空心楼盖空心混凝土板的变形情况进行了研究和分析[5]。

小间距钢梁混凝土空心楼盖的试验模型高度为0.8m，该试验模型跟原结构有所区别。一是试验模型结构中考虑到试验条件有限，将试验模型结构中的柱替换成了素混凝土墩子，其中，素混凝土墩的横向（主梁方向）间距的数值为4m，素混凝土墩的纵向（次梁）方向间距的数值为1.0m，素混凝土墩的截面尺寸为0.25m×0.25m×0.8m，混凝土的强度为C20。试验模型结构中的主次梁都是采用的钢梁，钢梁都为采用手工电弧焊焊接而成的H 型钢，柱梁、次梁等钢梁之间的间距数值都为1.0m，H 型钢梁的截面尺寸为主梁为120×100×5×5 次梁为120×80×5×5，钢材的材质采用的是Q235。小间距钢梁混凝土空心楼盖如图1 所示的（a）、（b）、（c）三个组成部分，其中钢梁的主、次梁之间采用螺栓连接，螺栓用的是等级为4.8 级的M14 螺栓。

图1 试验模型图（单位：mm）

小间距钢梁混凝土空心楼盖试验模型结构由10 根H型钢的钢梁和16 块钢筋混凝土结构的空心板组成。板尺寸为：0.12m×1.0m×1.0m，内插入PVC 管，使其混凝土空心板。采用的PVC 管长度为0.9m，外直径为75mm，布置方向为：沿着横向（主梁）方向布置，混凝土空心板是分块嵌入钢梁中，PVC 管在每块空心板中的PVC 管的相互间距为30mm，距离混凝土空心板的上板面和下板面的距离均是22.5mm，8 根。施工时要保证各PVC 管之间的间距均匀一致，PVC 管的布置情况图如图2 所示，现浇混凝土空心板的浇筑过程中模板工程采用吊模施工[5]。

图2 空心管模板布置图

小间距钢梁混凝土空心楼盖试验模型结构的施工制作步骤分别为：第一步：进行小间距钢梁混凝土空心楼盖试验模型结构的生产成型。第二步：材料的采购，包括普通硅酸盐水泥、河砂（采用中砂）、鹅卵石、直径8mm 的螺纹钢筋、PVC 管以及试验用的应变片、环氧树脂、砂纸等。第三步：素混凝土墩（支座）的施工。开始先根据图纸要求进行模板的制作加工，然后根据设计文件中混凝土强度要求（C20 的强度）进行混凝土的下料、搅拌、出料、场内运输、入仓浇筑、平仓和振捣，最后进行标准时间养护。第四步：素混凝土墩按要求养护成型，强度达到要求后，将小间距钢梁混凝土空心楼盖试验模型结构的构件进行安装。第五步：校核完钢梁组成的钢构件安装偏差确认符合要求后，便是进行钢筋混凝土空心板的施工，施工包括三个内容，分别是：①支低模模板（吊模施工），模板的安装施工要保证有足够的刚度轻度稳定性，并防止变形漏浆。②空心板底板8mm 直径钢筋的钢筋绑扎，如图3 所示。③空心板PVC 的安装，安装时要按照设计图纸要求，严格控制好管间距。④空心板顶板8mm 直径钢筋的钢筋绑扎，如图3 所示。⑤检查模板的安装，具备浇筑要求就进行混凝土空心板的砼浇筑，并养护。

图3 有板钢混楼盖混凝土空心板配筋图

1.2 混凝土应变测试点布置及加载试验概况

小间距钢梁混凝土空心楼盖试验模型结构养护完成后，在试验模型结构空心板按照试验设计要求的位置在空心板的上板面和下板面分别布置粘贴好应变片，布置粘贴时要保证粘贴界面干净、干燥和平整，应变片不能出现褶皱。基于试验模型结构的对称性，按照对称性取以试验构件中心的1/4 主次梁跨径范围内的混凝土空心板进行应变点的设置[5]，具体设置位置如图4。

图4 空心混凝土板应变片上（下）的应变片布置位置及试验现场图

在应变箱的连接和加载装置的安装完成后，在各项试验准备工作做好的基础上，我们对小间距钢梁混凝土空心楼盖试验模型结构进行加载工作，用以测量出混凝土空心板在试验结构模型中的变形。我们采用的加载方法是力+位移的混合加载的模式[5]。先用力控制加载即通过控制加载荷载的大小，以2kN/每级进行竖向方向的加载，等竖向荷载的大小达到16kN 时停止使用力控制的加载方式，改用位移控制的卸载方式来进行卸载，以1mm/每级进行卸载，直至为零，这是考虑自重作用下的变形。另根据使用阶段的范围以位移控制法进行最大主跨中心变形为20mm的加载试验[7]。

2 试验结果与分析

混凝土空心板的应变片是对称的在空心板的上板面和下板面进行布置进行混凝土应变的测量。根据本文图5可以知道，空心板上板面的截面1-1，同时空心板相应位置测点的“C 上1-1”、“C 上2-1”、“C 上3-1”位置的应变数值都为负数，负数即说明是压应变；空心板下板面的“C下1-1”、“C 下2-1”、“C 下3-1”位置的应变数值都为正数，说明是拉应变，且明显一一相对于Y 轴接近对称，将近直线的应力应变曲线。表明了混凝土空心板的上下板面和截面测点设置的点位基本达到对称，而且应变情况比较接近。截面2-2 的空心板混凝土荷载-应变图如图5，都差不多趋于直线，“C 上1-2”、“C 上2-2”、“C 上3-2”一一分别与“C 下1-2”、“C 下2-2”、“C 下3-2”相对Y 轴对称，表明了空心板上下板面与截面的测点点位基本对称，与此同时，截面1-1 的应变数值比截面2-2 整体要大。

图5 楼盖跨中、三分点位置截面空心混凝土板上（下）测点应变

本试验模型结构进行了以位移法的加载方式进行了最大主跨中心变形为20mm 的加载试验，并将实验数据进行对比分析。由试验数据分析可知，试验模型处于弹性阶段，随竖向荷载增加位移增大，两条曲线分离趋势增大。说明混凝土空心板不同截面位置变形差别大，离截面中心越远位置混凝土变形减弱，且在一定范围随荷载增大差异变化越明显[8]

3 结语

混凝土的组成材料特性比较复杂，混凝土在竖向荷载作用将发生相应的变形。同时实验模型结构混凝土浇捣养护完成后，混凝土的内部因为材料的特点和环境的影响已经存在少量微裂缝，内部有不可避免的初始气孔和缝隙，混凝土在承受应力作用或环境条件改变时都将发生相应的变形[8]。混凝土在结构中扮演者重要的角色，我们要熟悉混凝土的材料特性特点，有助于我们深入掌握和运用混凝土的各种力学性能和结构构件的力学反应，同时，对现场施工也有很大的帮助。因此本文重点关注小间距钢梁混凝土楼盖结构空心混凝土板的变形情况。

经过对小间距钢梁混凝土楼盖结构空心混凝土板的变形性能试验和数据分析可知[5]，在结构设计的使用阶段，混凝土空心板不同截面位置变形差别大，离截面中心越远位置混凝土变形减弱，且在一定范围随荷载增大差异变化越明显。根据试验结果和分析，由于没有考虑结构可靠度，本次试验结果仅限于楼盖弹性阶段的空心混凝土板的变形性能研究。