叠合式双向板钢筋受力性能的试验分析与研究

吴 松， 沈小璞

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230022）

0 引 言

二十一世纪以来，我国的经济发展突飞猛进，进一步加大了对房屋住宅的建造需求。现场浇筑的构件具有抗震性能好、结构整体性好的优点，但是对模板的用量特别大，而且施工周期很长，使生产很难实现工业化，严重阻碍和影响了住宅建设的发展，根本不能满足现阶段人们对住房的需求。预制构件倒是能够实现建筑构件的工业化，构件的制作不受季节和气候的限制，也可以提高构件的质量，并且施工的速度很快，可以节省大量的模板和支撑，但是整体性比较差、不利于抗震、抗渗性差。怎样才能合二为一？应对于这种要求，应运而生的就出现了叠合结构，其中叠合板结构就是属于其中的一种，叠合板兼有传统现浇板和预制板的优点，分为预制、现浇二部分组合而成，预制部分在预制构件加工厂完成，施工时吊装就位，现浇部分则是在预制板面上完成，预制板既作为永久模板而无需木模板，又作为楼板的一部分共同承担使用荷载［1］。叠合结构的出现使模板的用量大大减少，但是随着科技的腾飞，房屋的建造如雨后春笋，这样一来，钢筋用量又面临着一个新的挑战。怎样才能合理的使用钢筋、节省钢筋用量？本文一方面通过叠合板与现浇板的对比，得出此类叠合板类似于现浇双向板，另一方面，也验证了此种叠合板的配筋是合理的，满足规范要求的。

1 试验研究概况

针对三组双向板在均布荷载下的验证性实验，即普通全现浇双向板B－1作为对照，B－3、B－4为两拼叠合式双向板（B－2板由于没有捕捉到与现浇板对应的钢筋应变，所以没有采用），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，其尺寸是考虑到实际应用需要来确定的。

1．1 试验尺寸形状

1．2 试件材料性能

预制板混凝土性能参数见附表，现浇板的制作采用商品混凝土，混凝土强度等级为C25，所使用钢筋均为HRB400钢筋，混凝土的性能参数和钢筋性能参数见表1和表2所示。

表1 混凝土性能参数

表2 钢筋性能参数

1．3 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，钢筋应变数据采集采用泰斯特静态数据采集仪。加载方案:B－1、B－3、B－4第一级和第二级每级加载2．02kN／m2，第三极和第四级每级加载1．01kN／m2，以后每级加载0．673kN／m2，第十二级开始使用每袋重20kg的沙袋，平铺于铁块上，每级仍为0．673kN／m2，直至破坏［4］。

1．4 钢筋的应力——应变曲线

图1 钢筋应力——应变曲线

钢筋的应力——应变曲线如图1所示，钢筋单调加载的应力——应变本构关系按下列公式确定［2］:

式中，Es——钢筋的弹性模量；

σs—— 钢筋应力；

εs—— 钢筋应变；

fy，r—— 钢筋的屈服强度代表值，其值可根据实际结构分析需要分别取fst、fyk或fym；

fst，r——钢筋的屈服强度代表值，其值可根据实际结构分析需要分别取fst、fstk或fstm；

εy—— 与fy，r相应的钢筋屈服应变，可取fy，r／Es；

εuy——钢筋硬化起点应变；

εu—— 与fst，r相应的钢筋峰值应变；

κ——钢筋硬化段斜率，即

2 钢筋应变片布置

钢筋应变片的布置根据所做试验构件（即全现浇双向板和叠合式双向板），以及板上作用荷载的对称性来考虑的。同时，考虑到在板底可能出现裂缝的位置（如双向板塑性铰线）也布置了钢筋应变片，本文中选取的测点为跨中、离跨中稍远的点来对比分析（因为这些点的应变数据正好是应变片能够捕捉到的），具体板中的钢筋应变片布置详见如下图2～图4所示。

图2 现浇板（B－1）应变片布置图

图3 叠合板（B－3）应变片布置图

图4 叠合板（B－4）应变片布置图

3 板钢筋应变的试验现象与分析

现象:（B－3板测点7与现浇板测点9为相应板的跨中测点），由图5可以看出，当荷载加到第十级13KN／m2时，现浇板9号测点和叠合板7号测点都出现拐点，但9号测点应变递增的较快，当荷载达到第十二级14．35KN／m2时，9号测点先屈服，在此荷载作用下，7号测点还没有达到屈服强度，当荷载达到第十五级16．37KN／m2时，7号测点屈服。

图5 （B－3）板测点7与现浇板测点9对比分析

分析:在弹性阶段，现浇板和叠合板（B－3）的受力大小基本上差不多，都呈线性关系；在弹塑性阶段，由于拼缝对叠合板的影响，使叠合板的局部承载力降低［5］，所以叠合板比现浇板所受的应力略大，先进入弹塑性阶段；在塑性阶段，现浇板出现拐点，应变递增较快，先达到屈服，而叠合板虽然受拼缝的影响，但是影响不大，荷载——应变曲线的变化趋势一致，该阶段，在相同荷载情况下，叠合板钢筋所受的应力比现浇板小，本块叠合板的强度比现浇板要高。

由配筋反算出现浇板所能承受的荷载标准值为7．07KN／m2，对应的9号测点的应变为68．4，由（1）式算出相应的应力为13．68MPa；叠合板（B－3）所能承受的荷载标准值为8．51KN／m2，对应的7号测点的应变为123．3，由（1）式算出相应的应力为24．7MPa。

图6 （B－4）板测点3与现浇板测点9对比分析

现象:B－4板测点3与现浇板测点9为相应板的跨中测点（测点3为正跨中旁边的测点，离跨中特别近，我们认为此测点能够捕捉到跟跨中测点相差不大的钢筋应变，所以选取3号测点来对比分析），由图6可以看出，当荷载加到第十级13KN／m2时，现浇板9号测点出现拐点，应变递增的较快，当荷载达到第十二级14．35KN／m2时，9号测点先屈服，在此荷载作用下，3号测点还没有达到屈服强度，当荷载达到第十六级17．05KN／m2时，3号测点屈服。

分析:在弹性阶段，叠合板（B－4）和现浇板的受力基本上差不多，都呈线性关系；在弹塑性阶段，现浇板的钢筋应力比叠合板略大，说明本块板的拼缝对叠合板刚度的影响不大；塑性阶段，现浇板出现大的拐点，应变递增较快，先达到屈服，叠合板进入塑性阶段比现浇板要慢，能够承受更大的荷载，荷载——应变曲线的变化趋势一致，该阶段，在相同荷载情况下，叠合板钢筋所受的应力比现浇板小，本块叠合板的强度比现浇板要高。

由配筋反算出现浇板所能承受的荷载标准值为7．07KN／m2，对应的9号测点的应变为68．4，由（1）式算出相应的应力为13．68MPa；叠合板（B－4）所能承受的荷载标准值为8．51KN／m2，对应的3号测点的应变为23．7，由（1）式算出相应的应力为4．74MPa。

图7 （B－4）板测点15与现浇板测点3对比分析

现象:B－4板测点15与现浇板测点3为相应板的离跨中较远的测点（位置上是对应的，都在板的45度正塑性铰线上）由图7可以看出，当荷载加到第十级13KN／m2时，现浇板3号测点和15号测点都出现拐点，但是3号测点应变递增的较快，15号测点应变递增的较慢，当荷载达到第十三级15．02KN／m2时，3号测点先屈服，在此荷载作用下，15号测点还没有达到屈服强度，当荷载达到第十九级19．3KN／m2时，15号测点屈服。

分析:在弹性阶段，叠合板（B－4）和现浇板的受力基本上差不多，都呈线性关系；在弹塑性阶段，叠合板由于受拼缝的影响，刚度减弱，先进入弹塑性阶段，所受的钢筋应力比现浇板略大；塑性阶段，现浇板出现拐点，应变递增较快，先达到屈服，叠合板应变递增的速率较小，能够承受更大的荷载，荷载——应变曲线的变化趋势一致，该阶段，在相同荷载情况下，叠合板钢筋所受的应力比现浇板小，本块叠合板的强度比现浇板要高。

由配筋反算出现浇板所能承受的荷载标准值为7．07KN／m2，对应的3号测点的应变为87．6，由（1）式算出相应的应力为17．5MPa；叠合板（B－4）所能承受的荷载标准值为8．51KN／m2，对应的15号测点的应变为109，由（1）式算出相应的应力为21．8MPa。

图8 （B－4）板测点10与（B－3）板测点18对比分析

现象:B－4板测点10为长方向上的跨中测点，B－3板测点18为拼缝处现浇层构造钢筋上的测点，（位置上是对应的，一个在预制板的长方向上跨中，一个在上部现浇层的拼缝跨中）。由图8可以看出，B－3板的18号测点在荷载达到第十一级13．67KN／m2时，出现拐点，应变递增；而10号测点应变很小，几乎不受力。

分析:在弹性阶段，二个测点的受力基本上差不多，都呈线性关系；在弹塑性阶段，拼缝上部构造钢筋较先受力，而预制板长方向跨中的钢筋应力很小，在塑性阶段，拼缝上部构造钢筋应变递增，应力增大，下部预制板长方向钢筋应力依然很小，由此说明在拼缝处的应力传递是通过上部构造钢筋来传递的［6］，叠合板在长方向上也是受力的，故而叠合板是双向受力的。

由配筋反算出叠合板（B－3）所能承受的荷载标准值为8．51KN／m2，对应的18号测点的应变为89，由（1）式算出相应的应力为17．8MPa；叠合板（B－4）所能承受的荷载标准值为8．51KN／m2，对应的10号测点的应变为－53，由（1）式算出相应的应力为10．6MPa。

总述，上图各条曲线对应的荷载标准值，由（1）式算出相应的应力。很显然标准值下对应的应力很小，远远小于《混凝土结构设计规范》中要求的钢筋的屈服强度标准值400MPa，因此在配筋设计时，是满足规范设计要求的。

由上述各图对比可以看出:现浇板9号测点比3号测点受力大、（B－4）板3号测点比15号测点受力大、（B－4）板3号测点比（B－3）板7号测点受力略小（7号测点位于跨中拼缝旁，受力大），即板跨中受力比板四周受力要大；B－3板跨中7号测点、（B－4）板3号测点应力比现浇板9号测点要小，说明叠合板承载能力较强。

4 结 论

（1）在相同位置处钢筋应变片处于在弹性阶段的应变变化趋势基本相同，由此可以看出预制件与现浇部分之间的内力传递与整体现浇结构没有太大差别。

（2）叠合式双向板在荷载标准值下的钢筋应力很小，远小于钢筋的屈服强度。

（3）在相同荷载作用下，现浇板在叠合板之前达到屈服，说明叠合板的承载能力较强。

（4）叠合板与现浇板的受力趋势基本上一致，说明叠合板具有明显的双向板特性。

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4 吴晓莉，杜春光，程文壤．装配整体式钢筋混凝土双向板的构造和试验研究［D］．特种结构，2009，26（2）:36－39．

5 叶献国，华和贵，徐天爽，等．叠合板拼接构造的试验研究 ［J］．工业建筑，2010，40（1），59－63．

6 徐天爽，徐有邻．双向叠合板拼缝传力性能的试验研究［J］．建筑科学，2003，19（6），11－14．