叠合式双向板挠度变化规律的试验分析与研究

崔亚涛， 沈小璞

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

1 引 言

我国现阶段施工模式主要是依靠工人现场湿作业，工人劳动强度大，生产效率提高空间不大，随着劳动成本的增加，采取缩短建筑建设周期的方法，会大大节省成本。同时，现场湿作业，需要大量的木模板，会对环境造成破坏，而叠合式剪力墙结构能很大程度上节省模板的使用。本文主要是针对两拼叠合式双向板的实验研究。两拼式叠合板（两块预制板拼接而形成的双向板）是预制部分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［1］，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。目前我国在工程中所使用的叠合式楼板一般多为单向板，对于叠合式双向板的受力破坏机理研究，据文献资料检索，目前国内外在这方面的研究甚少，还没有见到相关报道。本试验主要针对全现浇双向板和叠合式双向板挠度变化规律，从中发现两种类型板在挠度方面的异同点，提出在设计中应完善和注意的一些建议供参考。

2 试验概况

本次试验共进行了四块板均布荷载下的抗压实验，普通全现浇双向板B－1作为对照组，B－2、B－3、B－4为两拼叠合式双向板，采用两块厚6cm的预制板拼接后现浇而成，所有板均为足尺板，其尺寸是按实际应用需要来确定的［2］。搂据采集设备采用YHD－50型位移计，见图1所示。

图1 YHD－50型位移计

2．1 尺寸形状

试验中所有板的短向与长向比均为0．75，尺寸均为高×宽×厚＝120mm×3300mm×4400mm。B－1为普通混凝土双向板，短向配筋为φ6＠150，长向配筋为φ6＠250。B－2、B－3、B－4为两拼叠合式双向板，由左右两块预制板拼接，其中B－2配筋为短向φ6＠150，长向φ6＠250；B－2、B－3、B－4中预制板配筋如图2所示；板在拼缝处配筋按《混凝土设计规范》中锚固配筋的要求配置，配筋φ6长500mm的钢筋，间距125mm。

图2 B－1、B－2、B－3叠合板配筋示意图

2．2 材料性能

四块板所使用混凝土等级均为C30，所使用钢筋均为HRB400钢筋，混凝土的抗压强度和钢筋抗拉强度见表1和表2所示［3］。

表1 混凝土抗压强度

表2 钢筋抗拉强度

2．3 加载制度

试验板四周简支于实验台座上，试件加载荷载采用重10Kg的铸铁块，挠度数据采集采用YHD－50型位移计，见图1所示，数量及摆放位置见图3所示。实验加载方案为均布分级加载［4］，第一级和第二级每级加载2．02kN／m2，第三和第四级每级加载1．01kN／m2，第五级后每级加载0．66kN／m2，加载至十八级为止。每级荷载加载完成后持荷15分钟，以利于板的变形充分发展。

图3 B－1、B－2、B－3、B－4位移计布置图（mm）

3 试验结果及分析

3．1 开裂荷载

在四块板的加载过程中，每级持荷结束后，观察了板的开裂情况，并确定板的实际开裂荷载qr见表3，并列出了普通双向板按弹性理论计算的开裂荷载［5－6］。

表3 开裂荷载

3．2 试验现象分析

全现浇板在四组试验板中作为对参照，当竖向荷载从第一级（5．02kN／m2）增加到第四级（8．74kN／m2）时，全现浇板基本处于弹性阶段，板中各测点位置挠度随荷载增加而呈线性增加，见图3；当荷载为9．69kN／m2时，板底开始有裂缝出现；继续加载到11．72kN／m2时，板底裂缝开始增多，发现有平行于板边和沿对角线方向的裂缝出现，裂缝长度增加，板中点钢筋应变增加较多，此时荷载－挠度曲线基本呈线性；继续加载到13kN／m2时，板底开始出现大量裂缝，荷载－挠度曲线出现拐点，不再呈线性变化；荷载继续增加到18．4kN／m2时，板中最大挠度已达32mm，裂缝宽度超过1．5mm，根据《混凝土结构试验方法标准》GB／T50152－2012所规定［1］，该构件已经不适合继续承载，宣告破坏。

图4 B－2板底测点挠度曲线图

两拼叠合式双向板的荷载－挠度曲线见图4、图5、图6。当竖向荷载从第一级（5．02kN／m2）增加到第四级（8．74kN／m2）时，叠合板基本处于弹性阶段，板中各测点位置挠度随荷载增加而呈线性增加；当荷载为9．02kN／m2，板底有裂缝出现，此时，荷载－挠度曲线仍大致呈线性；继续加载至11．72kN／m2时，板底裂缝开始增多，此时荷载－挠度曲线仍大致呈线性，继续加载至13．67 kN／m2时，板底开始出现大量裂缝，荷载－挠度曲线不再呈线性增加，挠度在荷载的作用下开始突变；继续加载至18．4kN／m2时，板中最大挠度达到26．3mm，裂缝宽度已达到《混凝土结构试验方法标准》GB／T50152－2012所规定破坏的标准［3］；持荷12小时后，挠度达到31mm裂缝继续发展，裂缝宽度增大。

图5 B－1板底挠度曲线图

图6 B－3板底挠度曲线图

图7 B－4板底挠度曲线图

3．3 试验结果分析比较

四块板的板中心点测点3的荷载－挠度曲线（即各板最大挠度）如图7所示。

图8 各板测点3的挠度曲线图

（1）弹性阶段（荷载加载从零至出现裂缝前）:在弹性阶段普通现浇板（B－1）挠度略小于叠合板（B－2、B－3、B－4），拼缝在一定程度上降低了板的刚度，图7可以看出，叠合板挠度略大于现浇板。四面简支平板在均布荷载下的纳维尔解可得到以下简化公式［7］:

其中，q0为均布荷载；a，b为板的长边和短边边长；D为板的挠曲刚度；μ混凝土的泊松比。

当板处于开裂荷载时挠度理论值与实测值对比见表4。

（2）弹塑性阶段（出现裂缝至裂缝大量开展）:挠度曲线中，现浇板挠度仍略小于叠合板的挠度；现浇板和叠合板的荷载－挠度曲线发展趋势基本一致，这表明叠合板在进入弹塑性阶段后具有和普通双向板一致的变形能力［8］；由裂缝开展情况来看，叠合板和现浇板大量出现裂缝时加载的荷载值差别不大，挠度差别也不大。

（3）塑性阶段（板底大量出现裂缝至破坏）:在板底出现大量裂缝后，挠度开始急剧变大，板进入塑性阶段［9－12］；全现浇板挠度开始略大于叠合板，全现浇板的刚度退化较大。

表4 各板底开裂时挠度理论值与试验值的对比

4 结 论

本文通过对一块普通现浇双向板和三块两拼叠合式双向板进行了挠度试验和分析，可以得到以下结论:

（1）在板裂缝大量出现之前，全现浇板的刚度略大于叠合板的刚度，两者在同等荷载下挠度差别很小。

（2）在弹性阶段和弹塑性阶段全现浇板挠度略小于叠合板，但相差不大。在此阶段，拼缝对于叠合板挠度的影响不大，建议在工程中可忽略不计。

（3）由于叠合板中的预制板在工厂中预制而成，性能较稳定，在进入塑性阶段后刚度退化较慢，显示出了良好的力学性能。

（4）从本次实验来看，两拼叠合式双向板在挠度方面的性能接近于全现浇双向板。

1 GB 50152－2012混凝土结构试验方法标准［S］．

2 ［美］P．梅泰、祝永年等译．混凝土的结构、性能与材料［M］，同济大学出版社，1990．

3 腾智明．钢筋凝土基本构件（第二版）．北京:中国建筑工业出版社，1996，2．

4 曹光荣．现浇钢筋混凝土双向板挠度的试验研究．东南大学硕士学位论文20050301．

5 王海涛．预应力钢－砼连续叠合梁负弯矩区砼裂缝控制试验研究［D］．北京工业大学硕士学位论文2008－04－01．

6 GB50010－2010，混凝土结构设计规范［S］．

7 汪一骏．混凝土结构基本构件．北京:中国建筑工业出版社，1993．

8 杨耀乾．平板理论［M］．北京:中国铁道出版社，1984．

9 姜磊．钢筋混凝土双向板挠度的实验研究与实验控制［D］．西安建筑科技大学博士论文

10 江见鲸，李杰，金伟良．高等混凝土结构理论［M］．北京:中国建筑工业出版社，2006，4．

11 袁涛．普通钢筋混凝土双向板正常使用阶段变形计算［D］．哈尔滨工业大学硕士学位论文．2008，6．

12 丁大钧．钢筋混凝土构件抗裂度裂缝和刚度［M］．南京:东南大学出版社，1984．