鋼筋桁架樓承板高溫條件下力學性能試驗研究

姚偉豪，王立歡，符修育，白玲，陳俊言，林貴鵬

（1.中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100000；2.中國建筑第二工程局有限公司，北京 100000）

1 引言

現代社會， 人們對于房屋節能環保方面的性能與住房建造速度等都提出了更高的要求。 同時隨著城市化進程的推進，建筑行業必須優化傳統的現場扎筋、支模、澆筑等工序，也就是更多地采用預制裝配式的建筑形式[1]。這種建筑形式的優勢是顯而易見的：首先，能夠大大減少混凝土工程量與模板工程量，省去搭設吊籃與腳手架等工序，使現場作業更加干凈；其次，這種模數化設計的建筑能夠使建筑壽命得到有效延長；最后，這種建筑在提升生產效率與工程質量的同時，安全隱患較少。 可以說這種建筑形式是一種必然的發展趨勢。 其中，鋼筋桁架樓承板是預制裝配式建筑的一種新型樓板體系。 對于樓承板高溫條件下力學性能試驗的研究， 目前整體研究成果較少，多為常溫條件下樓承板的力學性能試驗研究。 只有小部分學者嘗試了在高溫條件下對樓承板實施力學性能測試， 涉及的測試項目包括抗彎曲性能測試、抗剪性能測試等[2]。 現綜合以上研究成果， 結合樓承板耐火性能測試條件對鋼筋桁架樓承板進行高溫條件下的力學性能試驗。

2 材料與方法設計

2.1 試件設計與制作

制作24 個鋼筋桁架樓承板預制試件， 并將其分為兩組，每組12 個試件，編號分別為A1～A12 和B1～B12[3]。

兩組試件的具體設計參數見表1。

表1 兩組試件的具體設計參數

2.2 試驗方法設計

對制作的24 個鋼筋桁架樓承板預制試件進行壓力極限荷載測試。 在壓力極限荷載測試中， 設計的加載方案具體如下：設計一種簡支梁加載方案，為確保預制試件能夠在水平方向上自由移動，在預制試件的一端設置一個滾軸支座。 接著在預制試件上均勻鋪設荷重塊，對均布荷載進行模擬[4]。

制作另外24 個試件，進行抗拉伸性能測試。 在抗拉伸性能試驗中，設計一種拉伸加載裝置，由螺桿、T 形鋼板、鋼筋、U形鋼板、連接件以及螺釘構成。 裝配裝置時，利用螺釘將T 形鋼板與連接件下部連接，在連接件內放置試件，并使試件穿過U 形鋼板上之前預留的洞口。在U 形鋼板上部焊接一個螺桿，在試驗時將上端螺桿加緊固定， 使U 形鋼板得到固定。 利用300 kN 電子萬能試驗機對下端T 形鋼板進行牽拉。

繼續制作24 個試件，進行抗彎曲性能測試。 在測試中，使用的儀器是YJ-ⅡD 型力學組合實驗裝置，通過液壓加載油缸與手動油泵提供試驗荷載， 利用DH3815N 16 通道應變測量儀對試驗數據進行采集。 利用該裝置對試件進行受彎試驗，不斷增加試件中間的荷載量，觀察試件何時出現彎曲變形。

再制作24 個試件，進行抗剪性能測試。 在測試中，使用豎向力加載剪力測試裝置。 該裝置由200 t 荷載傳感器、千斤頂底座、帶孔鋼梁（兩個）、200 t 千斤頂、36 mm 精乳螺紋鋼筋（4個）構成，量程在1 500 kN 以上。

在以上加載過程中，首先需要對試件實施預加載，以檢查裝置是否能夠正常工作。 確定裝置正常后，卸載試件開始正式加載；當裝置有問題時，需要對裝置進行檢查。 預加載時，應將加載值控制在彈性范圍內， 也就是不超過試件極限承載力的0.2 倍。

采用分級加載法施加荷載，分級加載值為5 kN。每加載完一級，等待10 min，當荷載值穩定后正式開始讀數[5]。

在放試件前，利用框架式加熱器對試件進行加熱，創造測試中的高溫條件，將加熱溫度設置為350 ℃，與建筑起火后的溫度接近。 分別對加熱后的試件實施極限荷載測試、抗拉伸性能測試、抗彎曲性能測試、抗剪性能測試。

3 試驗結果分析

3.1 壓力極限荷載測試結果

對于制作的24 個試件，其高溫條件下的壓力極限荷載測試結果見表3。

表3 極限荷載測試結果

由表3 可知，A 組中A1-A3、A4-A6、A7-A9 的壓力極限荷載為150 kN，A10-A12 的壓力極限荷載為145 kN；B 組中B1-A3、B7-B9、B10-B12 的壓力極限荷載為160 kN，B4-B6的壓力極限荷載為155 kN。 總體來說，在高溫條件下，兩組試件的抗壓能力都較強，壓力極限荷載均大于140 kN。但相比之下，B 組試件在高溫條件下的壓力極限荷載大于A 組的壓力極限荷載，也就是B 組試件的整體結構更加抗壓，而A 組試件的整體結構抗壓能力稍有欠缺。

3.2 抗拉伸性能測試結果

在高溫條件下對24 個試件進行抗拉伸性能測試后，變形臨界荷載值與斷裂臨界荷載值測試結果具體見表4。

表4 臨界荷載值測試結果

由表4 可知，整體來說，在高溫條件下，A 組試件的變形臨界荷載值與斷裂臨界荷載值更高， 而B 組則稍低， 說明A組試件鋼筋的抗拉伸能力更強。

3.3 抗彎曲性能測試

在抗彎曲性能的測試中，24 個試件在高溫條件下的彎曲變形荷載值測試結果具體如圖1 所示。

圖1 高溫條件下的彎曲變形荷載值測試結果

由圖1 可知，在高溫條件下，A 組試件的彎曲變形荷載值整體高于B 組試件，說明A 組試件鋼筋與結構的抗彎曲性能優于B 組。

3.4 抗剪性能測試結果

最后在高溫條件下進行24 個試件的抗剪性能測試，測試結果具體見表5。

表5 抗剪性能測試結果

由表5 可知， 兩組試件在高溫條件下的抗剪性能比較出色， 均大于225 kN。 同時兩組試件的剪切破壞荷載值大致相似，說明兩組試件的抗剪性能差異不大。

4 結語

鋼筋桁架樓承板是一種新興的預制裝配式建筑樓板體系，隨著預制裝配式建筑的發展逐漸受到了矚目。 通過對鋼筋桁架樓承板高溫條件下的力學性能進行測試， 證明了鋼筋桁架樓承板有良好的耐高溫性能與力學性能， 有利于鋼筋桁架樓承板的應用推廣。 在試驗中，分別測試了構件在高溫條件下的4 種力學性能， 并對各項性能的測試結果進行了詳細的分析，取得了全面的研究結果。 今后將會對預制裝配式建筑的其他構件進行力學性能方面的深入研究，提高各種構件的性能，使預制裝配式建筑的發展更加迅速， 早日實現這種現代化建筑種類的普及，為建筑領域與環保領域做出貢獻。