装配式钢筋混凝土叠合梁受力性能试验研究

ＳｐｅｃｉａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

２０１９年１２月｜第３６卷｜第６期

２０１９Ｄｅｃ｜ＶＯＬ􀆰３６｜ＮＯ􀆰６

装配式钢筋混凝土叠合梁受力性能试验研究∗

(１􀆰甘肃省建设投资(控股)集团总公司　兰州７３００５０ꎻ

２􀆰兰州交通大学　７３００７０)

摘要:采用插筋的方法弥补叠合梁新旧混凝土界面处混凝土粘结强度的损失ꎬ是目前工程中常采用的方法ꎮ通过试验对比分析整体浇筑钢筋混凝土梁与采用插筋方法补强的叠合梁的承载能力、破坏模式、荷载－挠度曲线等受力性能ꎮ试验结果表明采用插筋的叠合梁其破坏形态与整体浇筑梁相似ꎬ开裂荷载较整浇梁低７􀆰５％ꎬ但极限承载力比整浇梁高２％ꎬ由于插筋增大了叠合梁的配箍率ꎬ梁的延性较整体浇筑梁有较大提高ꎮ研究成果可为叠合梁的计算及叠合梁新旧混凝土界面的构造处理提供参考ꎮ关键词:装配式建筑　叠合梁　插筋　受力性能　试验研究ＤＯＩ:１０􀆰１９７８６/ｊ􀆰ｔｚｊｇ􀆰２０１９􀆰０６􀆰００３

马云龙１　何少川２　刘廷滨２

ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＦａｂｒｉｃａｔｅｄ

ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＢｅａｍｓ

１􀆰ＧａｎｓｕＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｈｏｌｄｉｎｇ ＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０ Ｃｈｉｎａ

２􀆰ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ７３００７０ Ｃｈｉｎａ

ＭａＹｕｎｌｏｎｇ１　ＨｅＳｈａｏｃｈｕａｎ２　ＬｉｕＴｉｎｇｂｉｎ２

ＡＢＳＴＲＡＣＴ:Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｉｂｂｉｎｇｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒｔｈｅｌｏｓｓｏｆｔｈｅｂｏｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｃｏｎｃｒｅｔｅꎬｗｈｉｃｈｉｓａｍｅｔｈｏｄｏｆｔｅｎｕｓｅｄｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ􀆰Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｆａｉｌｕｒｅｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ􀆰Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｗｉｔｈｒｉｂｂｉｎｇｉｓｓｉｍｉｌａｒｍｅｎｔｒａｔｉｏꎬｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｌａｍｉｎａｔｅｄｂｅａｍｉｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｐｏｕｒｉｎｇｂｅａｍ􀆰Ｔｈｅｂｅａｍｓ􀆰

ＫＥＹＷＯＲＤＳ:Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｌａｍｉｎａｔｅｄｂｅａｍ　Ｒｉｂｂｉｎｇ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ引言

进建筑业供给侧结构性改革的重要举措[１]ꎬ有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平[２]ꎮ装配式钢筋混凝土结构中的梁、板等弯、剪构件常采用叠合施工的方式ꎬ装配部分与现浇部分新旧混凝土收缩不同

∗基金项目:甘肃省住房和城乡建设厅科研项目(ＪＫ２０１８－１２)

ｍｏｄｅａｎｄｌｏａｄ￣ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｌｌｙｃａｓｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｗｅｒｅａｎａ￣ｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｓ２％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｐｏｕｒｉｎｇｂｅａｍ􀆰Ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅ￣

ｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｐｏｕｒｉｎｇｂｅａｍ􀆰Ｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄｉｓ７􀆰５％ｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｐｏｕｒｉｎｇｂｅａｍꎬｂｕｔｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｂｅａｍｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄ

步ꎬ容易在结合面处产生初始应力ꎬ严重时会产

发展装配式建筑是建造方式的重大变革和推

生收缩裂缝ꎬ在受力过程中叠合面位置的剪应力往往较大ꎬ进而进一步导致叠合界面位置的破坏[３]ꎮ

国内外学者对叠合构件进行了一系列深入研

究[４ꎬ５]ꎮ美国、英国以及前苏联混凝土结构规范对组合结构的计算和构造已有了专门的规定ꎮ国外学者主要研究叠合面的抗剪强度、抗剪连接叠合面上下两部分的收缩微差造成的附加内力和变

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形预制构件对后浇混凝土极限变形的抑制以及抗裂度和挠度的计算方法等问题ꎮ我国对于叠合梁

的研究开始于２０世纪６０年代ꎬ通过对叠合梁和对比整浇梁的试验研究

[６－８]

叠合梁的二次受力问题进行了研究ꎬ对普通钢筋混凝土

ꎬ指出了叠合梁在二次受力情况下存在“应力超前现象”ꎬ必须加以限制[９ꎬ１０]计规范»(ＴＪ１０ꎻ－我国编制的７４)中尚未对叠合梁的正截面与«钢筋混凝土结构设斜截面设计方法进行规定ꎬ在«混凝土结构设计规范»(ＧＢＪ１０－８９)中正式提出了有关叠合受弯构件设计条文和比较全面的有关叠合结构正截面、斜截面、叠合面强度以及使用阶段验算的计算方法ꎬ«混凝土结构设计规范»(ＧＢ５０１５２－

２０１２)针对叠合梁的受力状态中基本保持了原规范的内容ꎬ采用插筋的方法弥

ꎮ

补新旧混凝土界面处混凝土粘结强度的损失ꎬ是目前工程中常采用的方法ꎬ但针对该补强方法对叠合梁受力性能提升的效果ꎬ国内外相关的试验和理论研究仍然欠缺ꎬ本文通过试验对比分析整体浇筑钢筋混凝土梁与二次浇筑但采用插筋方法补强的叠合梁的受力性能ꎬ为同类工程的应用提供参考ꎮ１　

试验概况

１􀆰１　混凝土强度等级为试验设计

Ｃ３５(Ｅｆｃ＝３􀆰１５×１０４Ｎ/ＨＲＢ４００ｃ＝１６􀆰７Ｎ/级直径ｍｍ２

ꎬϕ１４ｆｔ(＝Ｅ１􀆰５７Ｎ/ｍｍ２

)ꎬ梁ｍｍ２ꎬ

ｍｍ纵２ꎬ筋ｆ为３６０Ｎ/ｍｍ２)ꎬ箍筋为ＨＰＢ３００ｓ＝２􀆰１级直径×１０５Ｎ/ϕ６(Ｅｙ＝

２􀆰１×１０５Ｎ/ｍｍ２ꎬｆｓ＝ｙ＝２７０Ｎ/ｍｍ２ＨＰＢ３００及配筋设计如图级直径ϕ)ꎬ后植钢筋为１６ꎮ所示整体浇筑钢筋混凝土梁尺寸(编号ＺＪ１)ꎮ分层浇筑叠合梁ꎬ分层高度比α图２所示(编号ＤＨｄ１)ꎬｈ＝０􀆰插筋采用５５ꎬ尺寸及配筋设计如ＨＲＢ４００级直径ϕ１４螺纹钢ꎬ插筋间距２００ｍｍꎬ如图２所示ꎮ

PP,󰀕 φ 󰀙󰀓󰀓󰀕,φ 󰀔󰀗󰀔󰀓󰀓󰀔󰀕󰀓󰀓φ󰀙#󰀕󰀓󰀓󰀔󰀓󰀓󰀔󰀖󰀘󰀕,󰀐,Ｆｉｇ􀆰１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ图１　整体浇筑钢筋混凝土梁

ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｐｏｕｒｉｎｇｂｅａｍ

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P1󰏔 φ 󰀔󰀗P,#1P󱑺󰀕 φ 󰀙󰀓󰀓󰀓󰀔󰀕󰀔,󰀕φ 󰀔󰀗󰀔󰀕󰀓󰀓φ󰀙#󰀕󰀓󰀓󰀔󰀓󰀓󰀔󰀖󰀘,󰀐,１􀆰２　Ｆｉｇ􀆰２　图２　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ分层浇筑钢筋混凝土叠合梁

加载装置及方式

ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｔａｃｋｅｄｂｅａｍ

本次试验采用两点集中加载方式ꎬ剪跨比

λ＝２􀆰０ꎬ加载仪器采用ＹＪ－ⅢＤ型结构力学组合试ＤＨ３８１５Ｎ验装置ꎬ压力传感器、位移计的数据使进行一次采样静态数据采集仪同步连续采集ꎮ加载装置如图３所示ꎮ

ꎬ每秒用根据试验目的Ｆｉｇ􀆰图ꎬ３　３　试验采用千斤顶加载Ｌｏａｄｉｎｇ加载装置ｄｅｖｉｃｅ

ꎬ试验正式开始前进行１０ｋＮ的预加载并重复３次ꎬ以消除梁试件与各加载设备之间的非弹性变形ꎬ并确定各测量仪器是否正常工作ꎮ正式加载采用逐级加载的方式ꎬ每级荷载约为５ｋＮꎬ各级荷载间的持荷时间为５ｍｉｎꎬ以方便观察裂缝的开展情况ꎬ当加载至预计开裂荷载附近时ꎬ减小加载速率与分级以便获得准确的开裂荷载ꎮ

试验主要测试梁的荷载、挠度、裂缝ꎬ其中梁的荷载由压力传感器采集ꎬ挠度由百分表采集ꎬ裂缝由人工观察ꎬ加载过程中裂缝开展情况绘制在梁侧面ꎮ２　

试验结果

梁破坏形式较为相似ꎬ所有试件腹部斜裂缝均达到１􀆰５０ｍｍꎬ且部分构件出现斜裂缝端部混凝土压坏的情况ꎬ根据«混凝土结构试验方法标准»(ＧＢ５０１５２－２０１２)ꎬ本试验所有构件均达到受剪承载力极限状态ꎬ均属于剪压破坏形态ꎮ破坏情况见图４ꎬ开裂弯矩、极限弯矩见表１ꎮ各试件随着荷载的增加ꎬ裂缝分布情况见图５ꎬ图中裂缝旁的数字对应的此时的荷载值单位为ｋＮꎮ

装配式钢筋混凝土叠合梁受力性能试验研究

马云龙　何少川　刘廷滨

特种结构

Ｔａｂ􀆰１　Ｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｍｅｎｔａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ

ｏｆｔｈｅｔｅｓｔｐｉｅｃｅ

开裂荷载/

ｋＮ４２􀆰７８３９􀆰５８

极限荷载/

ｋＮ１１９􀆰７１２２􀆰２

表１　试件开裂弯矩、极限弯矩实测数据

试件类型试件编号ＺＪ１ＤＨｄ１

D󰀑=-󰀔󰀃E󰀑'+G󰀔整浇梁分层浇筑梁

图４　试件破坏情况

Ｆｉｇ􀆰４　Ｄａｍａｇｅｆｏｒｍｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ

PP󰀔󰀔󰀜󰀑󰀚󰀔󰀓󰀗󰀑󰀙󰀚󰀜󰀕󰀑󰀖󰀓󰀗󰀜󰀑󰀜󰀖󰀔󰀓󰀗󰀑󰀙󰀚󰀜󰀕󰀑󰀖󰀓󰀛󰀓󰀑󰀛󰀔󰀔󰀔󰀜󰀑󰀚󰀙󰀛󰀑󰀔󰀘󰀜󰀕󰀑󰀖󰀓󰀙󰀔󰀑󰀓󰀗󰀛󰀓󰀑󰀛󰀔󰀘󰀘󰀑󰀔󰀔󰀗󰀜󰀑󰀜󰀖󰀗󰀕󰀑󰀚󰀛D󰀑A󰓊=-󰀔P󰀜󰀕󰀑󰀖󰀓󰀛󰀘󰀑󰀙󰀖󰀙󰀛󰀑󰀔󰀘󰀛󰀓󰀑󰀛󰀔󰀙󰀔󰀑󰀓󰀗󰀘󰀘󰀑󰀔󰀔󰀗󰀕󰀑󰀚󰀛P󰀔󰀓󰀗󰀑󰀕󰀕󰀔󰀕󰀓󰀑󰀛󰀔󰀔󰀕󰀕󰀑󰀕󰀔󰀕󰀓󰀑󰀛󰀔󰀔󰀕󰀓󰀑󰀛󰀔󰀜󰀙󰀑󰀘󰀜󰀛󰀛󰀑󰀓󰀚󰀘󰀖󰀑󰀚󰀜󰀙󰀑󰀘󰀜󰀙󰀕󰀑󰀓󰀜󰀚󰀖󰀑󰀓󰀗󰀖󰀜󰀑󰀘󰀛󰀔󰀕󰀕󰀑󰀕󰀔󰀕󰀓󰀑󰀛󰀔󰀔󰀕󰀓󰀑󰀛󰀔󰀔󰀕󰀓󰀑󰀛󰀔󰀜󰀙󰀑󰀘󰀜󰀙󰀕󰀑󰀓󰀜󰀔󰀓󰀗󰀑󰀕󰀕󰀛󰀛󰀑󰀓󰀚󰀖󰀜󰀑󰀘󰀛󰀖󰀜󰀑󰀘󰀛󰀚󰀖󰀑󰀓󰀗󰀙󰀕󰀑󰀓󰀜E󰀑A󰓊'+G󰀔　注:图中Ｐ为外加荷载ꎬ单位ｋＮꎬ图中数字、线条分别为各级荷载作用下裂缝的扩展高度和走向ꎮ

图５　试件裂缝分布情况

Ｆｉｇ􀆰５　Ｃｒａｃｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｓｔｐｉｅｃｅ

３　

３􀆰１　破坏模式

试验结果分析

裂缝左右两端混凝土发生错动而破坏ꎬ而分层浇筑梁的腹剪斜裂缝发展至结合面处时ꎬ同时产生了水平裂缝ꎮ

后插筋叠合梁ＤＨｄ１与整体浇筑梁ＺＪ１的开裂荷载、极限荷载均相近ꎬ可见插筋能够有效地弥补分层浇筑对梁承载能力的影响ꎬ叠合梁在采取有效的构造措施后ꎬ叠合的施工工艺不会引起结构安全储备的显著降低ꎮ

３􀆰２　荷载－挠度曲线

在集中荷载作用下ꎬ整浇梁与分层浇筑梁破

坏特征基本一致ꎬ均属于剪压破坏ꎮ加载过程中ꎬ所有构件均在纯弯段底部首先出现第一条竖向裂缝ꎬ随后又陆续出现多条竖向裂缝ꎬ与整浇梁不同的是ꎬ叠合梁的多数纯弯段竖向裂缝在发展至分层面后均不再向上延伸ꎬ直至加载的荷载较高时ꎬ才通过分层面继续向上发展ꎬ通过后延伸速度较快ꎬ而整浇梁的纯弯段竖向裂缝向上发展的速度比较均匀ꎻ随着荷载的增加ꎬ各构件在弯剪区底部均出现竖向裂缝ꎬ随后裂缝向加载点处延伸ꎬ此时出现弯剪斜裂缝ꎬ分层浇筑梁的斜裂缝在发展至结合面处时ꎬ产生水平裂缝ꎬ随后通过结合面继续延伸ꎻ荷载继续增大ꎬ构件出现从支座底部指向加载点的腹剪斜裂缝ꎬ整浇梁的腹剪斜裂缝发展迅速ꎬ裂缝宽度迅速增大ꎬ使得

整浇梁与分层浇筑梁的荷载－挠度曲线见

图６ꎬ从图中可以看到分层浇筑梁与整浇梁的挠度曲线相似ꎬ这在一定程度上反映了叠合梁的破坏整体过程与整浇梁是类似的ꎬ一样具有明显的弹性和弹塑性阶段ꎮ从图中可以看出ꎬ插筋之后的叠合梁达到极限荷载之后比现浇梁具有更好的变形能力ꎬ这与插筋增大了梁的配箍率有关ꎮ

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２０１９年１２月｜第３６卷｜第６期

２０１９Ｄｅｃ｜ＶＯＬ􀆰３６｜ＮＯ􀆰６

󰀔󰀗󰀓󰀔󰀕󰀓󰀔󰀓󰀓N1󰀒󰀛󰀓E9󰀙󰀓󰦴󰧜󱹕󰀗󰀓󰀃󱭈#󱹕󰀕󰀓󰀓󰀓󰀑󰀓󰀓󰀑󰀘󰀔󰀑󰀓󰀔󰀑󰀘󰀕󰀑󰀓󰔡/󰀒PPＦｉｇ􀆰图６　６　Ｌｏａｄ荷载挠度曲线

ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅ

４　结论

对整体浇筑梁与叠合梁进行受剪承载力试验

对比研究ꎬ通过对试验梁开裂荷载、极限荷载、裂缝发展形式、荷载－挠度曲线等变化规律的分析ꎬ得到如下的结论ꎬ可为叠合梁的设计施工及补强提供参考ꎮ

载下的破坏形态与整体浇筑梁相似１􀆰采取插筋构造措施的叠合梁在集中竖向荷

ꎬ叠合梁的腹剪斜裂缝发展至新旧混凝土结合面处时产生了水平裂缝ꎻ

极限承载力与整浇梁均十分接近２􀆰采取插筋构造措施的叠合梁的开裂荷载及

ꎬ证明采取插筋的构造措施后ꎬ叠合的施工方法不会引起结构安全储备的降低梁的３􀆰配采取插筋构造措施的叠合梁ꎮ

箍率ꎬ梁的延性较整体浇ꎬ筑由于增大了

梁有较大提高ꎮ

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