鋼筋桁架樓承板高溫條件下力學(xué)性能試驗(yàn)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(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100000）

1 引言

現(xiàn)代社會(huì)， 人們對(duì)于房屋節(jié)能環(huán)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(shí)隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，建筑行業(yè)必須優(yōu)化傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)扎筋、支模、澆筑等工序，也就是更多地采用預(yù)制裝配式的建筑形式[1]。這種建筑形式的優(yōu)勢(shì)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(shè)吊籃與腳手架等工序，使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)更加干凈；其次，這種模數(shù)化設(shè)計(jì)的建筑能夠使建筑壽命得到有效延長(zhǎng)；最后，這種建筑在提升生產(chǎn)效率與工程質(zhì)量的同時(shí)，安全隱患較少。 可以說這種建筑形式是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。 其中，鋼筋桁架樓承板是預(yù)制裝配式建筑的一種新型樓板體系。 對(duì)于樓承板高溫條件下力學(xué)性能試驗(yàn)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(xué)性能試驗(yàn)研究。 只有小部分學(xué)者嘗試了在高溫條件下對(duì)樓承板實(shí)施力學(xué)性能測(cè)試， 涉及的測(cè)試項(xiàng)目包括抗彎曲性能測(cè)試、抗剪性能測(cè)試等[2]。 現(xiàn)綜合以上研究成果， 結(jié)合樓承板耐火性能測(cè)試條件對(duì)鋼筋桁架樓承板進(jìn)行高溫條件下的力學(xué)性能試驗(yàn)。

2 材料與方法設(shè)計(jì)

2.1 試件設(shè)計(jì)與制作

制作24 個(gè)鋼筋桁架樓承板預(yù)制試件， 并將其分為兩組，每組12 個(gè)試件，編號(hào)分別為A1～A12 和B1～B12[3]。

兩組試件的具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 兩組試件的具體設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

對(duì)制作的24 個(gè)鋼筋桁架樓承板預(yù)制試件進(jìn)行壓力極限荷載測(cè)試。 在壓力極限荷載測(cè)試中， 設(shè)計(jì)的加載方案具體如下：設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)支梁加載方案，為確保預(yù)制試件能夠在水平方向上自由移動(dòng)，在預(yù)制試件的一端設(shè)置一個(gè)滾軸支座。 接著在預(yù)制試件上均勻鋪設(shè)荷重塊，對(duì)均布荷載進(jìn)行模擬[4]。

制作另外24 個(gè)試件，進(jìn)行抗拉伸性能測(cè)試。 在抗拉伸性能試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)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(gòu)成。 裝配裝置時(shí)，利用螺釘將T 形鋼板與連接件下部連接，在連接件內(nèi)放置試件，并使試件穿過U 形鋼板上之前預(yù)留的洞口。在U 形鋼板上部焊接一個(gè)螺桿，在試驗(yàn)時(shí)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)下端T 形鋼板進(jìn)行牽拉。

繼續(xù)制作24 個(gè)試件，進(jìn)行抗彎曲性能測(cè)試。 在測(cè)試中，使用的儀器是YJ-ⅡD 型力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置，通過液壓加載油缸與手動(dòng)油泵提供試驗(yàn)荷載， 利用DH3815N 16 通道應(yīng)變測(cè)量?jī)x對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。 利用該裝置對(duì)試件進(jìn)行受彎試驗(yàn)，不斷增加試件中間的荷載量，觀察試件何時(shí)出現(xiàn)彎曲變形。

再制作24 個(gè)試件，進(jìn)行抗剪性能測(cè)試。 在測(cè)試中，使用豎向力加載剪力測(cè)試裝置。 該裝置由200 t 荷載傳感器、千斤頂?shù)鬃?、帶孔鋼梁（兩個(gè)）、200 t 千斤頂、36 mm 精乳螺紋鋼筋（4個(gè)）構(gòu)成，量程在1 500 kN 以上。

在以上加載過程中，首先需要對(duì)試件實(shí)施預(yù)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(dāng)裝置有問題時(shí)，需要對(duì)裝置進(jìn)行檢查。 預(yù)加載時(shí)，應(yīng)將加載值控制在彈性范圍內(nèi)， 也就是不超過試件極限承載力的0.2 倍。

采用分級(jí)加載法施加荷載，分級(jí)加載值為5 kN。每加載完一級(jí)，等待10 min，當(dāng)荷載值穩(wěn)定后正式開始讀數(shù)[5]。

在放試件前，利用框架式加熱器對(duì)試件進(jìn)行加熱，創(chuàng)造測(cè)試中的高溫條件，將加熱溫度設(shè)置為350 ℃，與建筑起火后的溫度接近。 分別對(duì)加熱后的試件實(shí)施極限荷載測(cè)試、抗拉伸性能測(cè)試、抗彎曲性能測(cè)試、抗剪性能測(cè)試。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 壓力極限荷載測(cè)試結(jié)果

對(duì)于制作的24 個(gè)試件，其高溫條件下的壓力極限荷載測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 極限荷載測(cè)試結(jié)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(lái)說，在高溫條件下，兩組試件的抗壓能力都較強(qiáng)，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(jié)構(gòu)更加抗壓，而A 組試件的整體結(jié)構(gòu)抗壓能力稍有欠缺。

3.2 抗拉伸性能測(cè)試結(jié)果

在高溫條件下對(duì)24 個(gè)試件進(jìn)行抗拉伸性能測(cè)試后，變形臨界荷載值與斷裂臨界荷載值測(cè)試結(jié)果具體見表4。

表4 臨界荷載值測(cè)試結(jié)果

由表4 可知，整體來(lái)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(qiáng)。

3.3 抗彎曲性能測(cè)試

在抗彎曲性能的測(cè)試中，24 個(gè)試件在高溫條件下的彎曲變形荷載值測(cè)試結(jié)果具體如圖1 所示。

圖1 高溫條件下的彎曲變形荷載值測(cè)試結(jié)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(jié)構(gòu)的抗彎曲性能優(yōu)于B 組。

3.4 抗剪性能測(cè)試結(jié)果

最后在高溫條件下進(jìn)行24 個(gè)試件的抗剪性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果具體見表5。

表5 抗剪性能測(cè)試結(jié)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(shí)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(jié)語(yǔ)

鋼筋桁架樓承板是一種新興的預(yù)制裝配式建筑樓板體系，隨著預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展逐漸受到了矚目。 通過對(duì)鋼筋桁架樓承板高溫條件下的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試， 證明了鋼筋桁架樓承板有良好的耐高溫性能與力學(xué)性能， 有利于鋼筋桁架樓承板的應(yīng)用推廣。 在試驗(yàn)中，分別測(cè)試了構(gòu)件在高溫條件下的4 種力學(xué)性能， 并對(duì)各項(xiàng)性能的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析，取得了全面的研究結(jié)果。 今后將會(huì)對(duì)預(yù)制裝配式建筑的其他構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)性能方面的深入研究，提高各種構(gòu)件的性能，使預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展更加迅速， 早日實(shí)現(xiàn)這種現(xiàn)代化建筑種類的普及，為建筑領(lǐng)域與環(huán)保領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。