叠合式楼板钢筋应力试验与分析研究

王 宏， 张伟林， 沈小璞

（安徽建筑大学土木工程学院，合肥 230022）

随着住宅产业化的快速发展，预制结构在工业建筑中如雨后春笋。相比叠合板单向布置受力钢筋，叠合板的双向受力性能优于单向受力。在我国工程应用中多采用单向预应力双向叠合楼板，原因在于预制双向板尺寸大，运输不便，往往先预制条状预应力单向板，安装后再进行浇注形成双向板［1］。采用高效预应力双向叠合板楼盖可实现大开间，大跨度，并降低板的厚度及造价，具有很好的经济效益［2－4］。预制单向板在实际生产建设中，具有工业化程度高，质量保证，施工方便等特点。但单向板配筋比双向板大，受力不合理，而预制双向板却因为尺寸过大，运输不便，现场施工工期长，且需要制作模版。本文对现浇双向板与预制叠合式楼板进行面荷载静载试验研究，通过试验对比分析进行验证其双向板特性。

结合德国《混凝土设计规范》，并提到叠合板双向板的一种设计方法，指出叠合板横向钢筋可以布置在预制件里，也可以布置在现浇层里。对于布置在现浇层里，需在满足一定条件下布置垂直于板缝方向的连续钢筋［5］。

为了满足拼合的预制单向板拼缝处的强度、刚度和对拼缝处裂缝的控制，在预制板拼缝处增设一层抗裂钢筋，实现力的传递。

1 叠合式楼板的试验分析

1．1 楼板的制做和试验方法

试验设备包括百分表、裂缝宽度测试仪，静态应变测试分析系统，台式电脑等。

由工厂预制带应变片的单向叠合板，运输置实验室进行吊装拼合。板底由两块预制单向板构成，尺寸为3．07m×2．08m×0．06m。在拼缝处铺设有HRB400，Φ6的抗裂钢筋，并布置测点，如图1a所示。再现浇6厘米厚的C30混凝土，常温养护28天制作而成。对试验板中间部位的钢筋进行布点监测，如图1b所示。对于本次实验的应变片的布置，考虑到板的对称性，固对于板的右板区域，没有布置大量的点位，而在拼缝处应力较大的地方，对称布置测点1、2。

图1 叠合式楼板钢筋测点布置图

对板底布置百分表和位移计，各个端口通过数据线与静态应变测试分析系统连接，最终使用电脑对其数据进行采集。

采用每块10．2kg的铁块进行加载。加载级数和荷载数值如表1所示。其中板自重为3．0kN／m2。试验过程中对每级荷载采用15分钟持荷，并进行数据采集，观察裂缝。

1．2 叠合式楼板试验结果和分析

试验所得的抗裂钢筋荷载－应变图如图2所示，钢筋应变总体上是随荷载的增加而增加，无明显突变。测点12处于拼缝处正中心，钢筋应变相对较大，最大值为4．91×10－4με；测点9、13处于对称位置，应变随着荷载的增加成线性上升趋势；测点10、11依次布置于测点12右边，应变随着荷载的增加增幅不大。测点9～13为抗裂钢筋荷载－应变曲线，抗裂钢筋接近混凝土中性层，所以应变变化不大，无明显突变，钢筋未达到屈服阶段。

图3为叠合式楼板左板钢筋荷载－应变曲线图，由图可知:钢筋应变在第十四级荷载6．69kN／m2前，荷载应变曲线基本呈线性，应变增幅不大。当荷载继续增加时，应变在板中测点4处有明显的突变，而应变在偏离板中的测点3、6、7、8处出现明显增加。随着荷载的增加，从第十五级荷载7．03kN／m2到第二十三级荷载10．67kN／m2，测点3、4、6、7、8应变几乎保持不变；而在第二十四级荷载11．17kN／m2时，测点3、4、6、7、8进一步突变，最大应变为3．779×10－3με。

表1 叠合式楼板加载级数和荷载数值表

图2 叠合式楼板抗裂钢筋荷载－应变

图4为叠合式楼板右板钢筋荷载－应变曲线图，由图可知:板中测点2在第十五级7．03kN／m2时有明显突变，而偏离板中的测点1从第二十级8．72kN／m2应变增幅开始变大，但无明显突变。

图3 叠合式楼板左板钢筋荷载－应变

图4 叠合式楼板右板钢筋荷载－应变

图5为叠合式楼板对称点测点2，4钢筋荷载－应变曲线图，由图可知:在试验允许的误差范围内，测点2，4的应变突变点和走向趋势基本一致。图6为叠合式楼板对称点测点1，3钢筋荷载－应变曲线图，由图可知:在试验允许的误差范围内，测点1，3的应变突变点和走向趋势基本一致。由于测点1，3偏离板中心测点2，4，固应变突变点相对延后。

图5 叠合式楼板对称测点2和4钢筋荷载－应变

图6 叠合式楼板对称测点1和3钢筋荷载－应变

2 现浇楼板的试验分析

2．1 楼板的制做和试验方法

对上述所做的叠合式楼板进行现场钢筋绑扎，布置测点，浇筑混凝土等制作。在上述试验的基础上，加大前期加载数，并增加每个20kg的沙袋，增加荷载值。

对试验板中间部位的钢筋进行布点监测，如图7所示。对于本次实验的应变片的布置，考虑到板的对称性，固对于板的右板区域，没有布置大量的点位，而在板中应力较大的地方，对称布置测点1、2。

图7 现浇板钢筋测点布置图

采用每块10．2kg的铁块进行加载，铁块加载完后采用每袋20kg的沙袋进行加载。加载级数和荷载数值如表2所示。其中板自重为3．0kN／m2。试验过程中对每级荷载采用15分钟持荷，并进行数据采集，观察裂缝。

2．2 现浇板试验结果和分析

试验所得的板底钢筋荷载－应变如图8所示，钢筋应变总体上是随荷载的增加而增加。测点4处于板中，钢筋应变相对较大，最大值为4．338×10－3με；测点3处于测点4相邻位置，应变突变时的荷载与测点4相同，最大应变与测点4基本一致；测点5、6依次布置于测点4左边，应变随着荷载的增加增幅不大，应变突变时的荷载与测点4相同，但随着荷载的增加，应变上升趋势相对于测点4有所减少。测点7远离板中测点，应变走势相对平缓，无明显突变，测点8虽远离板中测点，但出于裂缝开展的45°角方向，应变在第七级8．04kN／m2就有突变，应变成阶段性上升趋势，应变最大值为9．884×10－3με。

表2 现浇板加载级数和荷载数值表

图9为现浇板右板钢筋荷载－应变图，由图可知:测点1、2的钢筋应变在第十一级荷载10．67kN／m2前，荷载应变曲线基本呈线性，应变增幅不大。当荷载继续增加时，应变有明显的突变。随着荷载的增加，测点1从第十一级荷载10．67kN／m2到第十五级荷载13．37kN／m2应变继续上升，到第十六级荷载14．05kN／m2突变后，应变保持不变，钢筋应变片破坏。测点2从第十一级荷载10．67kN／m2到第十三级荷载12．02kN／m2应变快速上升后保持不变，钢筋应变片破坏。

图10为现浇板对称测点1和3钢筋荷载－应变图，由图可知:在试验允许的误差范围内，测点1，3的应变突变点和走向趋势基本一致。图11为现浇板对称测点2和4钢筋荷载－应变图，由图可知:在试验允许的误差范围内，测点2，4的应变突变点和走向趋势基本一致。

图8 现浇板左板钢筋荷载－应变

图9 现浇板右板钢筋荷载－应变

图10 现浇板对称测点1和3钢筋荷载－应变

图11 现浇板对称测点2和4钢筋荷载－应变

图12 现浇板测点3钢筋荷载－应变

图13 叠合式楼板测点3＇钢筋荷载－应变

图14 现浇板测点6钢筋荷载－应变

图15 叠合式楼板测点6＇钢筋荷载－应变

图16 现浇板测点7钢筋荷载－应变

图17 叠合式楼板测点7＇钢筋荷载－应变

图18 现浇板测点8钢筋荷载－应变

图19 叠合式楼板测点8＇钢筋荷载－应变

由图12－19可知，叠合式楼板钢筋应变变化不大，因为在于荷载较小，而对于现浇楼板的加载试验，进一步增加了荷载，应变变化进一步增大，增幅较大，并有钢筋屈服的现象。在荷载为14kN／m2前，现浇板与叠合式楼板的各个测点的钢筋应变及其走势基本一致，说明现浇板与叠合式楼板的对比性很强，从钢筋荷载－应变得知，拼合后的叠合式楼板具有与现浇板相似的力学性能，具有明显的双向特性。

图18中，现浇板测点8钢筋荷载－应变曲线前期是负值增大的形式，可能是由于应变片贴合的位置正好处于钢筋上表面，钢筋局部受弯，应变片处于受压的状态。随着荷载的增加，钢筋整体增长受弯，此时应变片由受压变为受拉，负值迅速变为正值，并伴随着曲线的突变。

对于现浇板，钢筋的突变所需要的荷载相对于叠合板较小，说明叠合板的工厂预制，保证了板的质量，叠合板实际开裂荷载比现浇板小，钢筋比现浇板受力推迟。

纵向比较现浇板与叠合板的钢筋荷载－应变曲线可知，现浇板曲线较为平滑，整体性能较好。而叠合板中曲线相对有些波动上升趋势，可能受新旧混凝土粘结层的影响。曲线中部分数据有回落的现象，可能受环境温度，钢筋应变变滑移，混凝土粘结层等的影响。但试验曲线的回落或者波动都是在试验的允许范围内。

3 结论

（1）通过试验对比现浇板与叠合式楼板钢筋荷载－应变曲线，得知叠合式楼板承载能力很高，超出计算得出的极限荷载，所加载的荷载不够，最终荷载达到11．17kN／m2。抗裂钢筋应变不明显，受力较小。

（2）通过进一步对现浇板使用沙袋进行加载，最终荷载达到15．4kN／m2，钢筋应变具有明显的突变，应变值增幅增大，最终部分钢筋达到屈服阶段。

（3）对比同荷载、同测点位的钢筋应变值及其荷载－应变曲线走势，在试验误差允许的范围内，现浇板与叠合式楼板的钢筋应变基本一致，说明叠合式楼板具有明显的双向特性。

1 周鲲鹏．PK预应力双向叠合楼板的试验研究与应用［D］．长沙:湖南大学，2006．

2 赵更歧，罗健雄，谢丽丽，等．双向叠合楼盖的工程应用及造价分析［J］．工程质量，2002（6）:12－13．

3 罗健雄，赵更歧，张雁华．高效预应力双向叠合楼盖的特点及工程应用［J］．郑州工业大学学报，2001（4）:71－73．

4 李谦，赵更歧，罗健雄，等．预应力双向叠合楼盖的工程应用及造价分析［J］．郑州大学学报（理学版），2002（1）:91－94．

5 樊骅．装配整体式混凝土结构体系技术研究［J］．住宅科技，2010（12）:27－33．