HPFL預(yù)制空心樓蓋板整體性研究

尚守平 楊芳

摘 要：通過3種工況模擬地震作用下板下墻體的破壞，研究高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)（HPFL）薄層作為板的疊合層對(duì)預(yù)制空心樓蓋板整體性加固的效果.試驗(yàn)結(jié)果表明，板下不同位置支撐墻體破壞后，試件按空心板橫向懸挑板受力，板端部產(chǎn)生向下?lián)锨?，空心板橫向懸挑長(zhǎng)度為2塊板寬（1 000 mm），疊合層與空心板未發(fā)生剝離；HPFL作為預(yù)制空心板的疊合層能有效提高預(yù)制空心樓蓋板的整體性，使空心板在水平面的2個(gè)垂直方向都連續(xù)，成為水平面內(nèi)任意向剛度接近無窮大的橫向構(gòu)件，使得結(jié)構(gòu)的整體性及抗震性能得到保證.

關(guān)鍵詞：HPFL；加固；預(yù)制空心板；整體性

中圖分類號(hào)：U448.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-2974（2015）11-0095-05

建國(guó)以來，預(yù)制空心板以價(jià)格低、無需支模、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，在歷史上為我國(guó)的建設(shè)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn).但裝配式預(yù)制空心樓蓋板是單向受力的離散式樓蓋，地震時(shí)容易分散塌落.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1]，我國(guó)現(xiàn)役的預(yù)制空心樓蓋板接近40億㎡，全部拆除重建難度大，因此對(duì)這些房屋進(jìn)行加固是必要的.

在多次地震中，預(yù)制混凝土空心板樓蓋的破壞可以歸納為[2-3]以下三點(diǎn)：1）樓蓋板整體性差，導(dǎo)致樓蓋板在地震作用下分散塌落； 2）在砌體結(jié)構(gòu)中， 砌體倒塌導(dǎo)致預(yù)制空心板分散墜落； 3）由于上部重物塌落， 預(yù)制板被折斷而墜落.

目前，預(yù)制空心板加固技術(shù)多用于樓面承載力不足的加固，分為粘貼纖維復(fù)合增強(qiáng)材料加固法[4]、粘貼鋼板加固法[5]、高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法[6]、粘貼竹板加固法[7]等.對(duì)于整體性的加固，王鳳來等[8]在空心板板長(zhǎng)方向用鋼筋進(jìn)行捆綁、張拉， 在一定程度上能增強(qiáng)空心板的整體性，但綁扎的鋼筋與空心板之間僅靠鋼筋與邊板的錨固，中部預(yù)制板與鋼筋的連接無保障，板與加固層易發(fā)生剝離.韓明飛[9]在預(yù)制板屋面增加角鋼，能增強(qiáng)水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件的連接；但未對(duì)板本身整體性進(jìn)行加固，且角鋼造價(jià)高，不太適用于農(nóng)村地區(qū).胡克旭等[10]在單塊空心板頂鋪設(shè)C40混凝土，配置雙向鋼筋，開裂荷載提高49%，但未對(duì)多塊拼裝預(yù)制板整體性進(jìn)行研究.

綜上所述，預(yù)制板的加固缺乏對(duì)板整體性的系統(tǒng)加固.為了研究HPFL加固預(yù)制空心板整體性的可行性，在湖南大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行2組不同寬度的預(yù)制空心樓蓋板HPFL加固；考慮地震作用的不確定性，模擬板下支撐系統(tǒng)不同位置的破壞，通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析HPFL疊合層與預(yù)制空心板各板的撓度、開裂荷載、剝離情況等，研究HPFL加固預(yù)制空心樓蓋板的整體性的效果.

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過對(duì)兩組拼裝而成的預(yù)制混凝土空心樓蓋板進(jìn)行不同寬度的HPFL加固，模擬地震作用下不同位置板下支撐系統(tǒng)的破壞.通過觀測(cè)各板的撓度，驗(yàn)證HPFL作為疊合層能否使拼裝的預(yù)制空心板整體化，增強(qiáng)板的整體性.

1.2 試件制作

試驗(yàn)分為2組，編號(hào)為PCHP-1和PCHP-2，每組試件由4塊2 100 mm×500 mm×120 mm預(yù)制空心板購(gòu)成品拼裝成2 100 mm×2 000 mm×120 mm的樓蓋板.圖1和圖2為PCHP-1和PCHP-2疊合層鋪設(shè)示意圖，疊合層具體參數(shù)見表1，表2和表3為不同砂漿配合比及材性試驗(yàn)值.

砌筑兩面軸線間距2 100 mm，高600 mm的24墻， 預(yù)制空心板與墻半搭接，如圖3（a）所示.在鋪設(shè)HPFL條帶處的板面使用鑿毛墩頭對(duì)板面鑿毛，粗糙度滿足Ⅱ級(jí)粗糙度[11]，鋪設(shè)素混凝土砂漿處的板面無需處理.在如圖3（b）所示位置鉆孔，孔洞直徑約為8 mm，孔深65 mm，清理、潤(rùn)濕孔洞后使用無機(jī)植筋膠植入剪切銷釘[11-12]，如圖3（b）和（c）所示.無機(jī)植筋膠強(qiáng)度達(dá)到要求后，將鋼筋網(wǎng)和剪切銷釘用鐵絲綁扎、固定.根據(jù)圖1，滿鋪20 mm厚的HPFL疊合層；根據(jù)圖2，在板長(zhǎng)方向鋪設(shè)兩條各600 mm寬的HPFL條帶疊合層，中間部分鋪設(shè)20 mm厚的水泥砂漿疊合層，室溫下養(yǎng)護(hù)14 d.（14 d疊合層砂漿即已達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求）.養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，空心板按圖4砌250 mm高，60 mm寬的磚槽.

1.3 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)分為3個(gè)工況：工況1為模擬板上活荷載，采用沙土進(jìn)行4級(jí)加載（如圖4（a）所示），觀測(cè)板長(zhǎng)方向的撓度和各板裂縫發(fā)展情況.工況2為模擬地震作用下邊板板下支撐系統(tǒng)破壞，掏空?qǐng)D4（b）所示的墻體.工況3在工況2的基礎(chǔ)上掏空如圖4（c）所示墻體，模擬中間2塊板下支撐系統(tǒng)破壞.圖4（d）所示為各工況下測(cè)點(diǎn)布置圖，測(cè)點(diǎn)均布置在板底.

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

從圖5，圖6和圖7可看到，在活荷載考慮2倍動(dòng)力系數(shù)下，PCHP-1和PCHP-2三種工況下各測(cè)點(diǎn)的撓度值相近，疊合層和空心板未發(fā)生剝離或滑移，且任一空心板未發(fā)生分散坍塌的現(xiàn)象，試件的疊合層和空心板仍為一個(gè)整體.說明HPFL疊合層能有效地增強(qiáng)空心板的整體性.

各工況下觀測(cè)試件板底裂縫，試驗(yàn)結(jié)束后觀測(cè)板面疊合層裂縫，均未發(fā)現(xiàn)肉眼可視裂縫（如圖8所示）.

2.2 有限元模擬結(jié)果對(duì)比

采用Abaqus進(jìn)行有限元模擬，預(yù)制空心板和HPFL疊合層采用Solid三維實(shí)體單元，鋼筋采用 Truss 單元，空心板、疊合層采用混凝土損傷塑性模型，板圓孔采用正方形空洞替代，不考慮板縫之間砂

漿填充的作用.通過有限元模擬分析，有限元云圖如圖9所示.由表4可以看出，試驗(yàn)所測(cè)空心板的撓度值與有限元模擬的撓度值吻合良好.由于HPFL的作用，在板件上部受拉的受力狀態(tài)下，板件破壞有一定的征兆，并非地震中的墻體一塌板即壞的現(xiàn)象，說明HPFL疊合層能有效改善預(yù)制空心板脆性破壞特性，增加結(jié)構(gòu)的延性.

在2倍動(dòng)力荷載系數(shù)下，疊合層HPFL鋼筋網(wǎng)未達(dá)到屈服極限、砂漿層未發(fā)生裂縫，且試驗(yàn)最大彎矩值只達(dá)到了試件開裂彎矩值的67%（見表5）.說明使用HPFL加固預(yù)制空心樓蓋板能在增加板的剛度的同時(shí)增強(qiáng)板的承載力.

3 結(jié) 論

高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)（HPFL）薄層作為預(yù)制空心樓蓋板的疊合層，能有效地使樓板整體化，在板下支撐系統(tǒng)受損、破壞下，仍作為一個(gè)整體，是解決空心板致命弱點(diǎn)的廉價(jià)施工方法.

1）預(yù)制裝配整體化樓蓋由于HPFL的作用，不會(huì)因局部支座失效導(dǎo)致樓板塌落.

2）HPFL疊合層增強(qiáng)預(yù)制空心樓蓋板在水平面2個(gè)垂直方向的剛度，使得該樓蓋房屋可以抵御水平面2個(gè)垂直方向的地震作用.

3）預(yù)制裝配整體化樓蓋的施工無需支模板，因此造價(jià)低廉，施工簡(jiǎn)捷.

4）HPFL作為預(yù)制空心樓蓋板的疊合層為預(yù)制空心樓蓋板再次使用和地震區(qū)原有房屋的加固提供了一種廉價(jià)、高效、安全有效的加固技術(shù).

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