叠合板与现浇梁连接技术优化研究

王皓 WANG Hao；石林 SHI Lin；何川 HE Chuan；王小乐 WANG Xiao-le

（北京城建十六建筑工程有限责任公司，北京 100089）

0 引言

在建筑工业化快速发展的背景下，叠合板作为一种新型的混凝土结构形式，具有节能环保、抗震性能优越、施工方便等优点，广泛应用在各类建筑工程中[1-2]。在实际工程中通常所用的叠合板底板为具有外伸钢筋的预制板，其与现浇结构的连接情况直接影响结构的承载能力和耐久性，如果连接技术不当，会导致结构出现裂缝、变形或者断裂等不良后果，严重影响建筑的安全性和稳定性[3-4]。由于传统的连接方式存在施工繁琐、耗时耗力等问题，而且耐久性较差，容易产生锈蚀和疲劳损伤等问题，不利于构件的连接。因此，优化叠合板与现浇梁的连接技术，提高预制与现浇结构连接部位的耐久性和可靠性，对于延长结构的使用寿命、提高结构的综合性能具有重要的实际意义[5]。郭伟宾[6]对比分析了胡子筋、连接钢筋构造的叠合板与现浇梁相接部位的抗弯能力，发现配置合适的连接钢筋能够提高预制板与现浇结构处的受力性能。邓宇等[7]在叠合板与现浇梁连接处涂抹环氧树脂涂抹，并进行了抗弯试验，发现环氧树脂能够增大节点部位的抗弯能力。

基于此，为了能够得出性能最好的现浇梁-叠合板连接方式，优化构件的承载能力，对比分析了斜插筋连接、出筋连接、凹槽钢筋连接以及叠合面钢筋连接这4 种连接类型的现浇梁-叠合板构件的滞回曲线，承载能力等性能，为类似工程提供了指导和借鉴。

1 试验方案

1.1 设计构件

此次试验设计4 种现浇梁和叠合板连接方式，对比各连接方式下板间交界处的力学性能，4 种方式分别为斜插筋连接、出筋连接、凹槽钢筋连接以及叠合面钢筋连接。考虑到实际工程中梁与板交界部位的受力情况，将支座和跨中的距离设置为1000m，设置板悬挑距离L 为1100mm，叠合板中现浇板与预制板的板宽均为1000mm，前者厚度为70mm，后者厚度为60mm。现浇梁宽300mm、高500mm、长2300mm，试件所用钢筋均为HRB400 钢筋，现浇板沿板宽方向现浇板纵向设置5 根主筋，钢筋间距200mm 且伸入整个梁截面，锚固牢固；选择出筋连接方式时预制板沿板宽方向现浇板纵向设置5 根主筋，钢筋间距200mm，锚固长度为205mm；选择斜插筋连接方式时预制板沿板宽方向钢筋设置与出筋连接时相同；选择叠合面钢筋搭接时现浇板和预制板相接位置设置5 根钢筋，直径为8mm；选择凹槽连接方式时板宽方向钢筋设置与出筋连接时相同，各连接方式见图1 所示。

图1 不同连接方式试件示意图

1.2 测试材料力学性能

在制作现浇梁-叠合板构件时，制作6 个（共2 组）混凝土立方体试块，边长100mm，养护条件与浇梁-叠合板构件相同。立方体试样制作完成后开展抗压试验，得出其轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量以及立方体抗压强度分别为26.8MPa、2.4MPa、32.5GPa 和40.6MPa。

1.3 加载方式

试验加载装置包括加载梁、反力梁、反力架、作动器等，通过上部25t 的作动器将竖向荷载施加在板悬挑端部，同时为了防止板端出现集中加载的情况，在板端部位布设一加载梁，便于施加往复竖向荷载。将箱型钢梁作为支座抬起试件，叠合板现浇梁和箱型梁通过螺栓进行固定，避免现浇梁发生竖向与横向移动。选择力-位移混合控制法进行加载，在力控制过程中，分5 个阶段逐步加载到预估屈服荷载py，每一阶段均循环1 次，参考试验具体情况确定位移控制阶段每级位移增量Δu 和名义屈服位移Δy。在位移控制过程中，每阶段位移增量为Δu，同时每一阶段均循环1 次，在试样承载力降低至荷载最大值的80%时认为试样发生破坏，如图2 所示为加载具体示意图。在试验时，假定加载方向向上为负，向下为正。

图2 试件加载循环示意图

2 分析试验结果

2.1 滞回曲线

试件正、反向滞回曲线在试样的加载过程中表现出显著的非对称性，正向承载力增大至最大值后基本不变，这是由于端部混凝土梁和现浇板纵筋锚固较为牢固，能够将钢筋的受拉性能充分发挥出来。试件的反向承载力呈现出先增大至最大值，之后快速降低的趋势，这是由于端部混凝土梁和预制板纵筋间的锚固性能较弱，钢筋脱离混凝土形成滑移现象，未充分发挥出钢筋的受拉强度。从图3 中能够发现，不同试样滞回曲线的滞回环形状均为倒S 形，滞回曲线变化趋势基本一致，存在显著的捏拢现象。在梁板相交部位的弯矩不仅受到施加的竖向荷载，同时还受到混凝土板、钢垫板和加载梁重量的影响，为了将试样的滞回曲线更好地反映出来，故将荷载-位移曲线变换成将自重考虑在内的弯矩M-位移角φ 滞回曲线。

图3 不同连接方式试件弯矩M-位移角φ 滞回曲线

2.2 分析延性和承载力

如图4 所示为弯矩-位移角骨架曲线，从图4 中能够看出，各曲线均可分为4 个阶段，分别为弹性阶段、弹塑性阶段、塑形发展阶段以及破坏阶段。同时能够得出试样的反向峰值承载力小于正向峰值承载力，造成此现象的原因主要为预制板纵筋锚固能力小于现浇板纵筋的锚固能力，梁对现浇混凝土板的约束大于预制板混凝土。构件连接方式为斜插筋时的承载力最大值和出筋连接时相同，说明插筋同样具有较好的应力传递效果。对于不同连接方式的试件，正向承载力最大的为叠合面搭接方式，且其反向承载力要远低于其他连接方式的试件，这是由于在正向加载过程中搭接试件的后加筋同样处在受拉区，上部现浇板内的钢筋与其一起承受拉力；在反向加载过程中，后加筋与中和轴距离较近且钢筋直径较小，整个受拉过程中参与度不高。连接方式为凹槽连接的试件、斜插筋连接试件以及出筋连接试件的正向承载力最大值大致相同，但前者反向承载力最大值较大，这是由于连接钢筋和凹槽底板受力钢筋一起变形受弯造成的。试验过程中不同连接方式试件的位移角和弯矩的变化趋势如表1 所示，表1 中屈服弯矩为My，最大弯矩时的延性系数、极限位移角、位移角分别为μ、φu、φmax，最大弯矩为Mmax，屈服位移角为φy。

表1 不同连接方式试件各指标变化趋势表

图4 不同连接方式试件弯矩-位移角骨架曲线图

从表1 中能够得出，端部混凝土和现浇板主筋锚固牢固，且正向承载力在施加5 倍以上的屈服位移时并未出现显著降低，故试件正向抵抗变形的能力较强。选择凹槽连接的试样，在临界破坏时大部分底部混凝土失去作用，此部分混凝土强度降低使得试样正向承载力明显减小。当板长一致时A 试件的反向延性系数大于B 试件，这是因为与出筋相比，斜插筋的抗剪强度更大，且A 试件的斜插筋能够提供一个与板面垂直的应力分量，增大了其反向延性系数。试件连接方式为叠合面钢筋搭接时，混凝土和后加筋的锚固效果较好，其反向延性系数也较高，具有较好的反向延性。同时能够发现，当板长一致时试件连接方式为凹槽钢筋连接时反向延性系数高于斜插筋和出筋连接的试件。

2.3 刚度退化

如图5 所示为试件的位移延性系数μ 和屈服后刚度比r 之间的关系曲线，从图5 中能够发现，随着位移延性系数的提高，试件屈服刚度比呈现出先快速减小后逐渐保持稳定的规律，前期刚度退化速度较快，且不同连接方式的试件的正向刚度比退化趋势和速率大致相同。通过对比能够得出，不同连接方式试件的反向刚度比退化速度从大到小依次为：凹槽和搭接连接、出筋连接、斜插筋连接。

图5 不同连接方式试件位移延性系数μ 和屈服后刚度比r 之间的关系曲线图

3 结论

为了能够得出性能最好的现浇梁-叠合板连接方式，优化构件的承载能力，对比分析了斜插筋连接、出筋连接、凹槽钢筋连接以及叠合面钢筋连接这4 种连接类型的现浇梁-叠合板构件的滞回曲线，承载能力等性能，主要得出以下结论：①试件正、反向滞回曲线在试样的加载过程中表现出显著的非对称性的倒S 形，正向承载力增大至最大值后基本不变，试样的反向承载力呈现出先增大至最大值，之后快速降低的趋势；试件连接方式为斜插筋使得变形延性、承载能力、刚度退化性能均超过出筋连接，这是由于斜插筋能够提供一个与板面垂直的应力分量，增大了其反向延性系数和强度。②对于不同连接方式的试样，正向承载力最大的为叠合面搭接，这是由于在正向加载过程中搭接试件的后加筋同样处在受拉区，上部现浇板内的钢筋与其一起承受拉力，但其反向承载力峰值较小，这是由于在反向加载过程中，后加筋与中和轴距离较近且钢筋直径较小，整个受拉过程中参与度不高。③与斜插筋和出筋连接方式相比，试件连接方式为凹槽钢筋连接时的延性、承载能力较好，反向刚度比退化速度较慢，滞回性能较好。