不出筋預制疊合板靜力載荷試驗研究

胡其星

(廈門智欣建工科技有限公司，福建 廈門 361023)

0 引言

當下裝配式建筑在國內有很好的市場，2016年9月國務院將裝配式建筑的發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略[1]。發(fā)展裝配式建筑有利于節(jié)約資源、減少施工污染、提升勞動效率和質量安全水平，還有利于促進建筑業(yè)與信息化、工業(yè)化深度融合[2]。目前我國流行采用裝配整體式混凝土結構[3]，可有效實現“四節(jié)一環(huán)保”的綠色發(fā)展要求，實現低能耗、低排放的建造過程，促進我國建筑業(yè)的整體發(fā)展，實現預定的節(jié)能減排目標。在裝配式建筑中，預制疊合板構件憑借自身整體性好、可靠性高、施工方便等優(yōu)勢，成為裝配式混凝土結構中的主要構件類型[4]。預制疊合板構件分為傳統出筋預制疊合板與不出筋預制疊合板，前者在生產、運輸、施工等環(huán)節(jié)存在諸多問題，后者提高裝配式建筑施工效率方面更勝一籌。本文僅對不出筋預制疊合板進行靜力荷載試驗研究。

1 不出筋預制疊合板的優(yōu)勢

根據《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ1-2014）[5]規(guī)定：預制疊合板之間使用分離式接縫時，宜按單向板設計，長寬比不大于3且使用整體式接縫的四邊支承疊合板，可按雙向板設計。因此，在實際工程中，雙向疊合板需要使用整體式接縫[6]。使用整體式接縫時，預制底板需要預留外伸鋼筋，這樣的預制底板稱為傳統出筋預制疊合板。該疊合板采用四個側面底筋外伸的方式，通過外露鋼筋，與現澆支座進行連接，傳力明確，但是四面出筋導致預制疊合板構件在生產、堆放、運輸、安裝等環(huán)節(jié)中存在較多弊端。取消疊合板外伸底筋、采用四面不出筋的預制疊合板，是實現裝配式混凝土結構設計標準化、生產自動化、流水作業(yè)機械化的關鍵所在，也是提高裝配式建筑施工現場高效建造的重要途徑。

圖1是不出筋預制疊合板的支座構造示意圖[7]，疊合板采用不出筋工藝，如圖2所示。

圖1 不出筋預制疊合板支座構造示意圖

圖2 不出筋預制疊合板構件圖

不出筋預制疊合板優(yōu)勢明顯，主要體現在以下幾個方面：

（1）構件設計方面，預制疊合板構件四面不出筋，容易在設計階段實現預制構件的標準化、模數化，大大降低了設計難度和工作量。

（2）構件生產方面，預制疊合板構件模具不用考慮出筋開孔，模具剛度顯著提升，模具的通用性極高，攤銷成本降低；構件的鋼筋網片可采用自動化設備進行數控加工，減少人工用量，生產效率得到有效的提升。

（3）構件堆放、運輸方面，預制疊合板構件取消了外露鋼筋，便于構件疊放，可以提高堆放場地的利用率，在構件運輸過程中，減少了因為外露鋼筋導致構件超寬的情況，降低運輸成本。

（4）構件施工方面，不出筋預制疊合板解決了傳統疊合板出筋導致現場梁鋼筋綁扎困難、鋼筋碰撞嚴重的通病，避免了疊合板外露鋼筋易生銹、易刮傷工人的情況，有效提高了預制構件的安裝效率，便于現場管理。

2 靜力載荷試驗不出筋預制疊合板靜力載荷試驗研究

為探索不出筋預制疊合板工藝的受力性能，按實際尺寸、配筋制作不出筋預制疊合板，并與周邊支座現澆成整體，進行如圖3所示的靜力載荷試驗，檢測不出筋預制疊合板在受力狀態(tài)下支座和跨中的應力、變形及裂縫發(fā)展情況。

圖3 不出筋預制疊合板靜力載荷試驗示意圖

2.1 試驗樓板的基本設計參數

根據設計圖紙資料可知試驗樓板的基本設計參數如下：

（1）材料：樓板的混凝土強度為C30，鋼筋采用HRB400。

（2）荷載：正常使用階段活荷載為2.0kN/m2。

（3）板厚：樓板總厚度為130mm，其中預制板厚度為60mm，現澆板厚度為70mm。

（4）邊界約束：三邊回接，一邊自由端。

（5）試驗樓板的安全等級為二級，設計使用年限為50年，重要性系數γ0＝l.0，最外層鋼筋保護層厚度為15mm，環(huán)境類別為一類，使用功能為書房。

（6）裂縫控制等級為二級，最大裂縫寬度限值為0.30mm，撓度限值為L0／200。

根據《鋼筋桁架混凝土疊合板應用技術規(guī)程》[8]第5.4.6條，桁架預制板縱向鋼筋不伸入支座時，后澆混凝土疊合層厚度不應小于桁架預制板厚度的1.3倍，且不應小于75mm。本項目預制疊合板厚度為60mm，后澆混凝土疊合層厚度為80mm，可滿足上述條件。

2.2 靜力載荷試驗

為了了解該樓板結構在正常使用極限狀態(tài)下的應力、變形（撓度）和裂縫情況，并驗證結構的受力性能，為工程各方提供可靠的參數，根據試驗方案且依《混凝土結構試驗方法標準》（GB 50152-2012）[9]中規(guī)定的荷載分級、持荷時間，采用均布荷載進行檢驗性短期靜力加荷正常使用狀態(tài)試驗。在不出筋預制疊合板的底筋處布置6個應力測點，如圖4（a）所示，在疊合板的現澆板頂筋處布置10個應力測點，同時在疊合板跨中及周邊各邊界中心布置5個撓度測點，如圖4（b）所示。采用裂縫測寬儀器觀察井記錄試驗樓板在試驗荷載過程中的裂縫開展及裂縫寬度。主要觀測截面為跨中板底及邊界支點板面受彎裂縫。樓板鋼筋應力實測值如表1所示。

表1 疊合板鋼筋應力實測值

圖4 疊合板應力及撓度測點布置圖

試驗采用袋裝沙袋進行分級加荷，在使用狀態(tài)短期試驗荷載值前，每級加載數值不大于使用狀態(tài)短期試驗荷載值的20%；超過使用狀態(tài)短期試驗荷載值后，每級加載數值不大于使用狀態(tài)短期試驗荷載值的10%；對于接近檢驗終止加載荷載值時，每級加載數值不大于使用狀態(tài)短期試驗荷載值的5%。

本次試驗按樓板的荷載進行控制，基本分為12級加載，初始值為58%σ（sσs是材料的屈服強度），每級加載值分 別 為65%σs、70%σs、75%σs、80%σs、85%σs、90%σs、95%σs、100%σs、105%σs、110%σs、l15%σs、122%σs；在100%σs荷載等級下持載時間為24h，122%σs荷載等級下持載時間為1h，其余各級加載完成后持載10min。持荷時間：在100%σs荷載等級下持載24h，122%σs荷載等級下持載lh，其余各級加荷完成后持載10min。每級持荷完成后讀取各百分表數值，測讀每條控制裂縫的寬度，觀察樓板可能出現新裂縫，并觀察記錄己有控制裂縫端部的開展情況。加載終止后第一級卸載至l00%σs，持荷10min，讀取百分表讀數和裂縫寬度，第二級卸完所有外加試驗荷載，待30min后，再讀取百分表讀數和裂縫寬度、應變值。試驗得到的疊合板跨中撓度變形分析如表2所示。

表2 疊合板跨中撓度變形分析表

2.3 試驗結論

通過靜力載荷試驗的檢測結果可得出以下結論：

（1）在試驗荷載作用下，結構受力符合一般力學規(guī)律，應力和撓度均與荷載基本呈線性關系；最大相對殘余應力為9.52%，根據經驗公式計算出最大相對殘余變形為3.37%，均不大于20%，表明結構仍處于彈性工作階段。

（2）在荷載準永久組合下，跨中撓度實測值為1.84mm，小于其撓度限值8.13mm。

（3）加載至100%σs荷載級并持荷24h，以及加載至122%σs荷載級并持荷24h，對所檢測樓板的板底及板面進行觀察，試驗樓板均未發(fā)現有新增明顯肉眼可見的裂縫。

根據靜力載荷檢測結果，本次試驗的不出筋預制疊合板在正常使用狀態(tài)下支座和跨中的鋼筋應力、裂縫和撓度情況均滿足規(guī)范要求[10]。

3 結束語

預制疊合板采用不出筋的工藝，可有效解決出筋預制疊合板存在的諸多弊端，達到預制構件的模數化、通用化，從而實現裝配式建筑的標準化設計、工廠化生產、裝配化施工，有效降低工程成本，提升建筑質量，提高施工效率，符合國家大力發(fā)展裝配式的政策，有利于推動裝配式建筑行業(yè)的高質量發(fā)展，是一種值得大力推廣的預制疊合板工藝。

通過對不出筋預制疊合板進行靜力載荷檢測并分析其結果，可以看出不出筋預制疊合板在正常使用狀態(tài)下支座和跨中的鋼筋應力、裂縫和撓度情況，均可滿足同等狀態(tài)下設計傳統疊合板的規(guī)范要求。因此在預制疊合板時采用不出筋工藝既能避免傳統疊合板的弊端，又能使疊合板滿足安全設計準則。