不同箱体形式混凝土密肋空心楼盖受力性能试验.pdf

第 3 3卷 第 2期 2 0 1 6年 3月 建筑科 学与 J o u r n a 1 0 f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo1 33 M a r NO 2 2 O1 6 文章编 号： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 0 7 0 8 0 不 同箱体 形式混凝土密肋 空心楼 盖受力性 能试 验 吴方伯 ， 张 航 ， 李 钧 ， 欧阳靖 ， 周 绪红 ， ( 1 湖南大学 土木工程学 院 ， 湖南 长 沙4 1 0 0 8 2 ；2 重庆大学 土木工 程学院 ， 重庆4 0 0 0 4 4 ) 摘 要 ： 为研 究箱体 形式 对混凝 土 密肋 空心楼 盖 受力性 能 的影 响 ， 设 计制 作 了 l 块 全现 浇 空心楼 盖板 带试件、 1块明箱空心楼盖板带试件、 1块暗箱空心楼盖板带试件 ， 对 3个试件进行静力试验 ， 得到 了各 试件 的破 坏形 态 、 荷 载一 钢 筋应 变曲线 、 荷载一 混 凝 土应 变 曲线 、 荷 载一 跨 中位 移 曲线 ， 并 对各试 件 开裂弯矩、 极限弯矩进行对比分析。结果表明： 预制混凝土箱体与现浇肋梁协 同受力性 能 良好， 全 现浇板带试件与装配整体式板带试件刚度基本一致 ； 由于现浇肋梁与预制混凝土箱体新 旧混凝土 结合面相对薄弱， 以及板底钢筋不连续， 明箱、 暗箱空心楼盖板带的开裂弯矩和极 限弯矩均低 于全 现浇空心楼盖板带； 各试件开裂 弯矩和极限弯矩的计算值与试验值吻合较好 。 关键 词 ： 混 凝 土 ； 密肋 空 心楼 盖 ； 静 力试验 ； 装 配整 体式 ； 受 力性 能 中 图分类号 ： T U3 7 5 2 文献标 志码 ： A Ex pe r i me nt o n M e c ha ni c a l Be h a v i o r o f Co n c r e t e Ho l l o w r i b b e d Fl o o r wi t h Di f f e r e n t BO X W U F a n g _ b o ，ZHANG Ha n g ，LI J u n ，OUYANG J i n g ，Z HOU Xu h o n g ， (1 Co l l e ge of Ci v i l En gi n e e r i n g，Hun an Uni ve r s i t y，Cha n gs h a 41 00 82，H u na n，Chi na； 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ch o n g q i n g U n i v e r s i t y ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 4，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th r e e s p e c i me n s wi t h d i f f e r e n t b o x e s ，a c a s t i n p l a c e s l a b，a v i s i b l e b o x s l a b a n d a n i n v i s i b l e b ox s l a b，we r e d e s i gn e d t o s t ud y t he i nf l u e n c e o f b ox o n me c h a ni c a l be ha v i o r o f c onc r e t e ho l l o w r i b be d f l oo r The f a i l u r e pa t t e r ns1 o a d s t r a i n c ur ve s o f r e ba r a nd c o nc r e t e a s we l l a s l oa d d e f l e c t i o n c ur v e s a t m i d s p a n， we r e o bt a i ne d by s t a t i c e x pe r i m e n t Th e c r a c ki ng m o me nt a nd u l t i ma t e mo m e nt o f s pe c i me ns we r e a n a l y z e d c o mpa r a t i ve l y The r e s ul t s s ho w t ha t t h e pr e c a s t c o nc r e t e b ox wo r ks we l l wi t h c a s t i n p l a c e r i b s。 s t i f f n e s s o f c a s t i n pl a c e s l a b a nd a s s e mbl e d mo no l i t hi c s l a b a r e a bo ut t h e s a m e The c r a c ki ng mo m e nt a nd u l t i ma t e m o me nt o f vi s i bl e b ox s l a b a nd i n vi s i b l e bo x s l a b a r e l o we r t ha n t ho s e o f c a s t i n p l a c e s l a b。 on a c c o un t o f f e e b l e i n t e r f a c e b e t we e n c a s t - i n p l a c e r i b s a n d p r e c a s t c o n c r e t e b o xa s we l l a s d i s c r e t e r e b a r s a t t h e bo t t o m o f s l a b The c a l c ul a t e d v a l ue s o f c r a c ki ng mo m e nt a nd ul t i ma t e mo m e nt a r e i n g o od a gr e e me nt wi t h t he t e s t v a l u e s Ke y wo r ds ：c on c r e t e；ho l l ow r i bb e d f l o or ；s t a t i c e x pe r i me n t ； a s s e mbl e d m o n ol i t h i c；m e c h a ni c a l be h a v i o r 引 目 装配整体式混凝土密肋空心楼盖是一种新型楼 盖体系， 由预制混凝土箱体和现浇密肋梁组成， 具 有 自重轻 、 厚度小、 整体性好 、 保温隔热性能好 、 适用 跨度大等优点 ， 同时相比传统空心楼盖 ， 舍弃了制作 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 1 1 0 7 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 7 8 1 7 9 ) 作者简介 ： 吴方伯 ( 1 9 5 4 一 ) ， 男 ， 湖南 长沙人 ， 教授 ， 博士研究生导师 ， 工学硕士 ， E ma i l ： wf b p r o f 1 6 3 c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 建筑科学与工程 学报 2 O 1 6丘 运输难 、 造价高且存在施工抗浮问题的内模 ， 在中国 部分 地 区得 到推 广 应 用 。楼 盖 采 用 预 制底 板 ， 施 工 时 只需现 浇密 肋梁 ， 更 加简 便快 速 ， 同 时减小楼 板 混 凝 土收缩 量 ， 解 决 了现 浇 楼 板 易开 裂 问题 l 2 。 目前 昆 凝土密肋空心楼盖中的箱体主要采用明箱和暗箱 2种形式 ， 箱体通过顶板 、 底板中锚入肋梁的外伸钢 筋与现浇肋梁连接 ， 形成整体共 同工作 。为考察预 制混凝土箱体与现浇肋梁协 同受力性能 、 不 同箱体 形式 对? 昆 凝 土密 肋 空 心楼 盖 受 力 性 能 的影 响 ， 本 文 试验设计制作了 1 块全现浇混凝土空心楼盖板带、 1 块明箱混凝 土空心楼盖板带、 1块暗箱混凝土空心 楼盖板带 3个试件 ， 进行静力试验研究 ， 以期为工程 设 计提 供参 考 和依 据 。 l 试验概况 1 1试 件设 计及 制作 本文试验设计制作了 3块不同箱体形式的板带 试件 ， 其中 1 块全现浇板带试件 X J B 一 1 ， 1块明箱板 带试件 MKXB 一 1 ， 1 块暗箱板带试件 AK XB 一 1 ， 试件 尺寸及配筋布置如 图 1 3所示。各板带试件现浇 部分及预制混凝土箱体部分 ( 预制 顶板 、 预制底板 、 预制侧壁) 的设计混凝 土强度等级均 为 C 3 5 ， 水 泥、 砂 、 石 、 水 的配合 比为 1： 1 1 1： 2 7 2： 0 4 3 。预 制 顶板 、 底板 内钢筋 ， 以及现浇板面钢筋 、 板底钢筋、 架 立筋 、 箍 筋均采用 HP B 3 0 0级钢筋 ， 密肋梁底 部采 用 HR B 4 0 0级 钢 筋 作 为受 力 主 筋 。全 现 浇 板 带 试 件 X J B 一 1空心箱体 的顶板、 底板 、 侧壁采用 1 0 mm 厚杉木板制作 3 。 在靠近支座的弯剪 区段 ， 适当加密箍筋 以免出 现弯剪破坏 ， 确保根 据试验结果对 3个不 同箱体形 式试 件 的抗弯 性能 进行 对 比。 1 2材 料 力学性 能 每块 试件 浇筑 时现 场制 作 3个标 准 混凝 土立 方 体试块 ， 试件与试块均在室外 自然条件下养护 。试 验开始前 ， 对混凝土立方体标准试块 、 钢筋进行材性 试 验 ， 试验 结果 如表 1 ， 2所示 。 1 3 试验装置及加载方案 试验 装 置 由大 刚度反力 门架 、 力 传感 器 、 3 0 0 k N油压千斤顶 、 分配梁 、 支座 、 台座组成 ， 试件简支 于台座上 。试验时由千斤顶产生荷载作用在分配梁 上 ， 分 配梁 再将 荷载 传递 给二 级 支座 ， 于试 件跨 中形 成纯 弯段 ， 如 图 4 ， 5 所 示 。 静力试验分为预加载和正式加载 2个阶段。预 加载分 3级加载和 3级卸载 ， 每级增量取计算开裂 f 亘圄 亘 国I 羁 ( d ) B- B截 向 图 1 全现浇板带试件 Y OB - I尺寸及 配筋( 单位 ： m m) Fi g 1 Di m e n s i on s a nd Re i nf o r c e m e nt s o f C a s t - i n p l a c e S l a b X J B - 1( U n i t ： mm) 荷载的 1 0 。正式加载时 ， 开裂前每级增量取计算 开裂荷载的 2 O ； 试件开裂后， 每级增 量取 计算极 限荷载 的 1 O ； 到达计算极 限荷载的 8 0 后 ， 采用 位移法加载至试件出现典型的破坏标志为止 。每级 加载完毕后停留 1 0 rai n 。根据 混凝土结构试验方 法 标准 ( GB T 5 0 1 5 2 2 0 1 2 ) l 5 ， 当试 件 出 现 以下 几 种标 志之 一 时 ， 认 为试 件达 到承 载能 力极 限状 态 ： 试 件弯 曲挠 度达 到跨 度 的 1 5 0 ； 受 拉 主 筋处 裂 缝 宽 度 达到 1 5 0 mi l l_ 或 钢 筋 应 变 达 到 0 0 1 ； 受 拉 主 筋 断裂； 受压区混凝土受压开裂、 破碎 。 1 4 测点 布 置 在试件支座处、 加载点及跨中位置安装百分表 ， 测量试件各测点挠度 ， 挠度测点布置如图 6所示 ； 在 试件跨 中混凝土顶面、 侧面及底面粘贴混凝土应变 片 ， 测量加载各阶段t 昆 凝土应变 ， 混凝土应变片布置 如图 6所示 ， 其 中， P为荷载 ； 在试件加载点及跨 中 位 置处 钢筋 表 面粘 贴 钢 筋 应变 片 ， 测量 加 载 各 阶段 钢筋应变 ， 钢筋应变片布置如图 7所示 ； 采用裂缝测 宽仪测量加载各阶段试件裂缝宽度 。 建 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 吴方伯 ， 等 ： 不 同箱体 形 式混凝 土 密肋 空心楼 盖 受力性 能试 验 1 3 度 加快 。与 X J B l 相 比 ， MKX B 一 1和 A KXB - 1混 凝 土压 应 变 增 长 速 度 加 快 更 明显 。试 件 X J B 一 1 ， MKXB 一 1 ， AKX B 一 1 屈服前板顶混凝 土最大压应 变 分别为 4 1 2 l o ， 5 5 4 1 0 一 ， 4 5 8 1 0 一 。 。 ( 3 ) 曲线迅速偏向应变轴 ， 板顶混凝土压应变增 长速 度 远 远 大 于 荷 载 增 长 速 度。试 件 X J B 一 1 ， MKX B 一 1 ， AKX B 一 1的板 顶 混 凝 土 最 终 压 应 变 分 别 为 1 8 4 6 1 0 一 ， 2 3 1 1 1 0 一 ， 2 6 9 4 1 0 一 ， 超 过 混 凝 土峰值 应 变 。 各试件跨 中混凝土应变沿截面高度 h近似呈直 线分布 ， 符合平截面假定 ， 如图 1 3 所示 。 2 2 g 1 g 1 8 1 0 ( b ) MKXB- 1 8 1 0 ( c ) AKXB一 1 图 1 3 跨 中混 凝 土 应 变 沿 截 面 高度 分 布 Fi g 1 3 Di s t r i bu t i o ns o f M i d s p a n Co nc r e t e St r ai ns Al o ng wi t h Se c t i o na l He i g ht s 2 4荷载一 跨 中位移 关 系 各试件荷载一 跨 中位移( P _ ， ) 曲线如图 1 4所示 ， 每条曲线均可分为 3个阶段 ： ( 1 ) 试件 开裂 前 ， 荷 载 较小 ， 试 件 处 于线 弹 性 变 形阶段 ， 荷载一 跨 中位移曲线呈直线上升 ， 且 3个试 件 刚度大 致相 等。开 裂前 试件 X J B 1 ， MKX B 一 1 ， AKX B 一 1的跨 中最大位移分别为 1 0 8 ， 0 6 9 ， 0 4 4 图 1 4 衙 载 一 跨 中 位移 曲线 Fi g 1 4 Lo a d - d i s pl a c e me nt Cur v e s a t M i d - s pa n mm， 约为跨 度 的 1 3 0 0 9 ， 1 4 7 1 0 ， 1 7 3 8 6 。 ( 2 ) 板底混凝土开裂后 曲线斜率减小 ， 试件刚度 减小 ， 随着荷载增大 ， 曲线 向位移轴偏移 ， 位移增长 速度加快。曲线基 本保持重合 ， 3个试件 刚度降低 幅度 大致相 同。试件 X J B 一 1 ， MKX B 一 1 ， AKX B 一 1屈 服前 的跨 中 最 大 位 移 分 别 为 l 5 0 2 ， 1 2 5 8 ， 1 2 4 9 mm， 约为 跨度 的 1 2 1 6 ， 1 2 5 8 ， 1 2 6 0 。 ( 3 ) 曲线迅 速 向位移 轴偏 移 ， 跨 中位移 增 长速度 远 远 大于荷 载增 长 速 度 。加 载 到最 后一 级 ， 试 件未 出现 脆 断 现 象 ， 试 件 X J B 一 1 ， MKX B 一 1 ， AKX B 一 1的 最 终跨 中位 移 分 别 为 6 9 7 8 ， 6 O 1 2 ， 6 8 6 3 mm， 约 为跨度 的 1 4 7 ， 1 5 4 ， 1 4 7 。 可见 ， 装配整体式板带试件与全现浇板带试件 各 阶段 变形 特征 一致 ， 弯 曲刚度 基 本相 同 ， 预 制混 凝 土箱体与现浇肋梁协同受力性能 良好 。 3 抗弯承载力分析 各试件的开裂弯矩 M 、 极限弯矩 M 对 比见表 3 。 由试 验结 果 可见 ， 3 个 试 件极 限弯 矩 与 开裂 弯 矩 比值 较大 ， 破 坏征 兆 明显 ， 具 有足 够 的安 全储备 。 X J B - 1相 比 MKXB - 1 ， AKXH _ 1展 现 出 稍 高 的 开 裂 弯矩以及极限弯矩 。一般现浇肋梁与预制混凝土箱 体新旧混凝土交界处加载时首先开裂 ， 是装配整体 式板带试件的薄弱位置 ， 也是其开裂荷载较全现浇 板带试件低 的原因。装配整体式板带试件的底板钢 筋 不 连续 ， 导致 其极 限弯 矩低 于全 现 浇板带 试 件 。 试 件 的开 裂弯矩 M 建议 按 式 ( 1 ) 计算 8 M 一T Wo f k ( 1 ) 式 中 ： ) ， 为截 面抵 抗 矩 塑 性影 响 系数 ， 本 文 取 1 3 5 ； _厂 为 昆 凝 土轴 心抗拉强度 ； W。为换算截面受拉边 缘的弹性抵抗矩 。 根据试验结果 ， 建议按塑性极 限分析方法计算 极限弯矩 M 。先解式 ( 2 ) 得 出混凝 土受压 区高度 z， 然后代入式 ( 3 ) 计算极限弯矩 Mu 。 a f o k 6 f z f A ( 2 ) 一如 一 一 一 一 一 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 建筑科学与工程学报 2 0 1 6年 表 3 试 件开裂弯矩、 极 限弯矩对比 Tab 3 Co mpa r i s o ns of Cr a c ki ng M o me nt s a nd Ul t i mat e M o me n t s of S pe c i me ns 开裂弯矩 极 限弯矩 试件编号 M1 ( k N m) M2 ( k Nm) Ml M2 M3 ( k Nm) M4 ( k Nm) M3 M4 XJ B l 2 6 8 7 24 6 5 1 09 7 2 2 O 7 1 4 0 1 01 M KXB一 1 2 2 5 8 2 4 6 5 0 9 2 5 5 05 55 4 3 0 9 9 AKXB一 1 2 1 3 6 24 6 5 0 87 5 3 2 1 5 5 4 3 0 9 6 M 一f A ( 0 -x 2 ) ( 3 ) s i t u C o n c r e t e H o l l o w F l o o r S t r u c t u r e S 式中 ： 厂 c k 为混凝土轴心抗压强度 ； b ； 为试件受压 区 3 吴方伯， 李钧， 周绪红， 等 后装式双向密肋空心楼盖 翼缘宽度 ； f 为钢筋极限抗拉强度 ； A 为钢筋的截 静力性能试验研究与挠度计算方法 J 建筑结构学 面面积 ； h 。为截面有效高度。 报， 。 ， 。 ： 1 - 9 4 结 语 m e n t a I S t u d y 。 n S t a t ic B e h a v io r a n d C a lc u la t i n g M e t h 一 ( 1 ) 试 件 X J B 一 1 ， MKX B 一 1 ， AKXB - 1均 最 先 开 r i b b e d F 1 0 o r J 】 J o u r n a l o f Bu i l d i n g s t r u c t u m ， 2 0 1 4， 裂于跨 中肋梁与箱体交界处 ， 主要裂缝均匀分 布于 3 5 ( 1 2 ) ： 1 9 纯弯段 内， 破坏征兆明显 ， 无钢筋断裂 现象 ， 延性较 4 A B D U I 一 WA HA B H M s ， K HA L I L M H R i g i d i t y a d 好 。MKX B - 1和 AKX B - 1跨 中肋 梁与预制混凝土 S t r e n g t h o f O r t h o t r o p i c R e i n f o r c e d C o n c r e t e Wa f f l e 箱体交界处形成主裂缝 而破坏 ， 而 X J B 一 1多条裂缝 s l a b s n J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 0 ， 2 1 6 共同发展 ， 裂缝宽度扩展更加均匀。 ( 2 ) ： 2 1 9 2 2 7 ( 2 ) 3个 试 件 均 由最 大 裂 缝 宽 度 首 先 达 到 承 载 G B T 。 一 。 1 2 ， 混凝土结构试验方法标准 s 力极限 状态标志， 最 后跨中 位移 超限， 受压区 混 凝土 G B T 。 1 5 2 0 1 2 _ ，一 S t a n d a r d f o r Te M h 。 d s 。 压 碎 ，两 坏 标 毒 6 薹 u 角re 承 钢 筋 混 凝 土 双 向 密 肋 楼 盖 破 ( 3 ) 各试件荷 载一 混 凝土应变 曲线 与荷载一 跨 中 坏形态研究 J 湖 南 大 学 学 ： 自 然 科 学 ： 2 3 ， 3 o 位移 曲线均可分为 3个阶段 ， 准确反 映了试件开裂 f 4 、 R R 7 ， 前 线弹性 阶段 、 开裂后 发 展 阶段 、 屈服 阶段 的变 化过 S H E N P u - s h g ， L I U Z h e f e n g St ud v o f Fa i l r e M o d一 程。3个试件弯 曲刚度基本相 同， 预制混凝土箱体 e l s o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e Wa f f l e S 1 a b S u p p o r t e d b y 与现浇肋梁协同受力性 能 良好 ， 计算装 配整体式混 C o r n e r C o l u mn s o f P a n e l s J J o u r n a l o f Hu n a n U n i 凝土密肋空心楼盖内力及变形时应充分考虑预制混 v e r s i t y ： N a t u r a l S c i e n c e s ， 2 0 0 3 ， 3 0 ( 4 ) ： 6 8 7 2 凝土箱体对其刚度 的贡献 。 7 周绪红， 陈 伟， 吴方伯， 等 混凝土双向密肋装配整体 ( 4 ) 试件极限弯矩与开裂弯矩比值较大 ， 破坏征 式空心楼盖刚度研究 n 建筑结构学报, 2 0 1 1 ， 。 ( ) ： 明 ， 够的安全储备 。由于现浇肋梁与预 zt o H - O 0 O u x h 。 g ， c H E N w i ， wu F g I b 。 e c 1 s t d y 制混凝土箱体新旧混凝 土的结合面相对薄弱 ，而 且 。 st i f f 。 。 。f m h 1 d M。 。 l i t hi 。 r e t H。1 l 。 装 配 整 体 式 板 带 试 件 的 底 板 钢 筋 不 连 续 ， 导 致 F 1 。 。 i t h T 。 y b J J 。 1。 f B u i l d i n g MKXB - 1和 AKXB 一 1的开裂 弯矩、 极 限弯矩 低 于 S t r u c t u r e s , 2 0 1 1 ， 3 2 ( 9 ) ： 7 5 8 3 X J B - 1 。计算得到的开裂弯矩 和极 限弯矩与试验值 8 王锐之 新型混凝土双向密肋空心楼盖性能试验研究 吻合较好 ， 可供工程设计参考。 与分析 D 长沙： 湖南大学， 2 0 1 1 参考文献 ： A N G R ui - Z hi Ex p。 i me “ s ud y a nd An a y s i s。“ Re f e r e nc e s ： F l o o r S y s t e m D C h a n g s h a ： Hu n a n Un i v e r s i t y ， 2 o 1 1 1 J G J T 2 O 7 2 O 1 O ， 装配箱混 凝土空心楼盖结构技 术规 9 吴方伯 ， 汪幼林 ， 周绪红 ， 等 混凝土密肋空心 楼盖试验 程 S 研究 J 建筑科学与工程学报 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 1 ) ： 5 9 6 2 J GJ T 2 O 7 2 O 1 O ， Te c h n i c a l S p e c i f i c a t i o n f o r As s e m W U Fa n g b o， WANG Yo u l i n， ZHOU Xu h o n E， e t a 1 b l y B o x C o n c r e t e Ho l l o w F l o o r S t r u c t u r e S E x p e r i me n t a l Re s e a r c h o n Ho l l o w r i b b e d C o n c r e t e 2 J G J T 2 6 8 -2 0 1 2 ， 现浇混凝土空心楼盖技术规程 s F l o o r J J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m