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作者：張毅

   裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中推廣的主體結(jié)構(gòu)形式之一，也是工業(yè)化建筑的主要結(jié)構(gòu)形式之一。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，為提高結(jié)構(gòu)的整體性，經(jīng)常采用疊合梁構(gòu)件，用于框架梁、樓面梁等。根據(jù)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置方案，疊合梁可在梁端與現(xiàn)澆梁柱節(jié)點或者現(xiàn)澆暗柱拼接，也可在梁跨中位置拼接。當(dāng)疊合梁在跨中位置拼接時，按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ l-2014)中的規(guī)定，應(yīng)采用后澆段拼接的方式，梁縱筋在后澆段中連接，后澆段內(nèi)箍筋加密，如圖1所示。

  對于一般的混凝土疊合梁，其受力性能和計算理論研究都比較充分，規(guī)范中也有相關(guān)規(guī)定。對于圖1所示的帶拼縫的疊合梁，目前國內(nèi)外研究還不充分。本文對帶后澆段拼縫的疊合梁進(jìn)行了探究性的足尺試驗，研究了其受力性能，包括破壞機(jī)理、承載力、剛度、裂縫分布等，并與現(xiàn)澆梁進(jìn)行了對比。通過研究，提出了拼接疊合梁的設(shè)計建議和構(gòu)造要求，為設(shè)計提供依據(jù)。

1試驗概述

1.1  構(gòu)件設(shè)計

  本試驗為對拼接混凝土疊合梁的探究性試驗，試件共2個，其中1個為拼接試件，1個為現(xiàn)澆對比試件。拼接試件兩端為預(yù)制段在梁跨中采用現(xiàn)澆段拼接，下筋在拼接段內(nèi)同一截面100%連接，鋼筋用冷擠壓套筒連接，梁截面尺寸為350mm×600mm,長度為6000mm，梁內(nèi)鋼筋均采用HRB400鋼筋，上部鋼筋為3~25，下部鋼筋為2~32;加密區(qū)箍筋為φ10@ 100，非加密區(qū)箍筋為φ 10@ 200�，F(xiàn)澆對比試件與拼接試件配筋及尺寸相同，整體現(xiàn)澆。預(yù)制部分及現(xiàn)澆混凝土設(shè)計均采用C30混凝土。拼接疊合梁試件如圖2所示。

  試件加工過程中預(yù)留鋼筋及混凝土試件，并在試驗前測試其強(qiáng)度。鋼筋按照公稱面積計算的屈服強(qiáng)度及極限強(qiáng)度列于表1中。預(yù)制部分及現(xiàn)澆混凝土分別預(yù)留6塊邊長150mm立方體同條件養(yǎng)護(hù)試塊，實測立方體抗壓強(qiáng)度平均值列于表2中，并換算出軸心抗壓強(qiáng)度平均值fc，m為0.76fcu，m，軸心抗拉強(qiáng)度平均值ft。m為0.395fcu.m0.55。

  拼接疊合梁試件加工（見圖3）過程為：首先預(yù)制兩端預(yù)制梁構(gòu)件，連接預(yù)制梁下部鋼筋，綁扎疊合梁現(xiàn)澆層內(nèi)鋼筋及拼接段箍筋，澆筑節(jié)點與疊合層混凝土，養(yǎng)護(hù)。

1.2加載方案

  試驗在中國建筑科學(xué)研究院大型結(jié)構(gòu)實驗室內(nèi)進(jìn)行。豎向加載使用1臺2000kN液壓千斤頂，結(jié)合分配梁，在梁的1/3等分點施加豎向荷載。拼接段完全位于梁純彎段中。梁的兩端支座處，一端設(shè)置滾軸，一端設(shè)置刀口鉸，模擬簡支條件，簡支梁跨度為5700mm;加載點及支座處均設(shè)置鋼墊板，防止局部混凝土壓壞。設(shè)置試驗裝置如圖4所示。試驗采用單調(diào)加載，第一階段按屈服荷載的20%(70kN)分級施加，試件屈服后改用位移控制加載，每級位移增量為試件屈服時的位移的1/2，逐步增大千斤頂?shù)奈灰�，直到試件破壞�?/p>

1.3  測量方案

  試驗時量測：梁跨中的豎向位移，跨中拼接段混凝土的應(yīng)變、鋼筋的應(yīng)變、箍筋的應(yīng)變、拼接縫的滑移等。并在試驗中隨時觀察試件的破壞現(xiàn)象，重點拼接縫的破壞情況，純彎端和彎剪段的混凝土開裂情況。位移計和典型位置的混凝土應(yīng)變片布置如圖5所示。

2試驗過程與破壞形態(tài)

  現(xiàn)澆梁表現(xiàn)為典型的彎曲破壞，純彎段梁底鋼筋屈服且梁頂受壓區(qū)混凝土上表面出現(xiàn)局部壓碎。裂縫的分布如圖6所示。接近破壞時梁底裂縫最大寬度達(dá)到8mm。

  拼接疊合梁也表現(xiàn)為彎曲破壞，但是破壞形態(tài)和現(xiàn)澆試件略有區(qū)別。加載初期梁底出現(xiàn)裂縫并向上發(fā)展，但豎向拼接面以及附近位置裂縫較為集中且沿拼接面發(fā)展，該處裂縫方向不規(guī)則。在加載點之間及加載點到支座之間區(qū)域的底部有大量豎向裂縫，從底部向上延伸到約3/4梁高位置。梁底裂縫最大寬度達(dá)到15mm。梁頂受壓區(qū)混凝土存在局部壓碎。水平疊合面未見明顯水平裂縫。破壞時裂縫的分布形態(tài)如圖7所示。

3  主要試驗結(jié)果

3.1  荷載及位移

  現(xiàn)澆梁屈服荷載為340kN，屈服位移為28. 2mm，極限承載力為386kN。拼接疊合梁屈服荷載為300kN，屈服位移為27. 9mm，極限承載力為348kN。

  現(xiàn)澆梁與拼接疊合梁的荷載，跨中豎向位移曲線如圖8所示。兩個試件在荷載達(dá)到70kN時均出現(xiàn)曲線斜率降低，說明梁下表面混凝土開裂，受拉區(qū)應(yīng)力主要由鋼筋承受，導(dǎo)致梁剛度略有下降。在達(dá)到屈服荷載前，位移隨承載力基本呈線性增長�，F(xiàn)澆梁和拼接疊合梁在荷載達(dá)到250kN前剛度基本一致�，F(xiàn)澆梁與拼接疊合梁的屈服位移十分接近，但現(xiàn)澆梁的屈服承載力和極限承載力均略高于拼接疊合梁。達(dá)到屈服后繼續(xù)加載承載力增長緩慢，兩者位移增長迅速，屈服段的剛度也比較接近。卸載時曲線斜率與加載彈性階段斜率基本一致。構(gòu)件表現(xiàn)出了比較好的延性。

3.2鋼筋應(yīng)變發(fā)展

  梁底部縱向鋼筋應(yīng)變發(fā)展如圖9所示�，F(xiàn)澆梁和拼接疊合梁的鋼筋應(yīng)變曲線在荷載達(dá)到300kN前剛度基本一致。在荷載達(dá)到70kN后，鋼筋應(yīng)變發(fā)展斜率變小，說明下部混凝土出現(xiàn)裂縫。70kN -300kN階段，鋼筋應(yīng)變基本保持線性增長，鋼筋逐漸應(yīng)變增長到2100微應(yīng)變，即達(dá)到屈服應(yīng)變，此時試件進(jìn)入屈服階段，對應(yīng)的荷載為拼接疊合梁300kN，現(xiàn)澆梁340kN。試件受彎屈服后，梁鋼筋進(jìn)入屈服平臺階段，荷載增加很少而應(yīng)變增長很快。由于裂縫位置的隨機(jī)性，應(yīng)變片所在位置不是梁受彎主裂縫位置，因此塑性階段測得的鋼筋應(yīng)變并非受拉鋼筋上的最大應(yīng)變。梁受彎破壞時，測得的鋼筋應(yīng)變超過3000微應(yīng)變，并未超過屈服平臺達(dá)到強(qiáng)化階段。試件卸載后鋼筋保留有約1000微應(yīng)變的塑性變形。

3.3  拼接縫的滑動變形

拼接疊合梁的豎向拼縫處的荷載一豎向相對錯動變形曲線如圖10所示。在荷載達(dá)到33kN前，完全沒有相對滑動。荷載繼續(xù)增加到300kN前，有極小的相對變形，量級在0. 04mm左右。在荷載達(dá)到300kN后，梁受彎屈服，拼縫張開，拼縫兩側(cè)固定位移計的位置發(fā)生相對位移，位移計的測試結(jié)果逐漸增大到1. 1mm。裂縫的集中開展導(dǎo)致拼接疊合梁的承載力略低于現(xiàn)澆梁。疊合梁的水平疊合面在整個加載過程中均未有明顯相對錯動。

3.4承載力計算

  采用表1、表2中的試件混凝土軸心抗壓強(qiáng)度平均值、鋼筋屈服強(qiáng)度實測平均值，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》( GB  50010-2010)中的公式，計算梁跨中屈服荷載值。按照彈性理論及平截面假定，以截面下表面混凝土應(yīng)力達(dá)到ft,m時作為開裂狀態(tài)，計算試件的開裂荷載值，并與試驗結(jié)果對比，結(jié)果見表3。

  試驗中現(xiàn)澆梁與拼接疊合梁的屈服荷載、開裂荷載均略大于計算結(jié)果，符合較好。拼接疊合梁豎向拼接面以及附近位置有大量裂縫，說明豎向拼接面相對比較薄弱，導(dǎo)致拼接疊合梁的屈服荷載和極限承載力均略低于現(xiàn)澆梁，分別為現(xiàn)澆梁的88.5%和89. g%。梁下部鋼筋采用的冷擠壓套筒連接方式是可靠的，并未發(fā)生破壞。

4  結(jié)論

  1)拼接疊合梁與現(xiàn)澆梁的受彎破壞模式接近．但屈服與極限承載力均略低于現(xiàn)澆梁。拼接疊合梁豎向拼接面以及附近位置裂縫集中，說明豎向拼接面相對較為薄弱且會略降低梁的承載力。梁下部鋼筋采用的冷擠壓套筒連接方式是可靠的。

  2)設(shè)計中，當(dāng)采用現(xiàn)澆段拼接的方式時，預(yù)制段端部應(yīng)設(shè)置抗剪鍵并建議同時做成粗糙面，增加預(yù)制段與后澆段混凝土的結(jié)合能力，避免集中裂縫。

  3)由于后澆段拼縫會降低梁的承載力與剛度，建議在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時，將拼縫置于梁的彎矩較小處。如果拼縫位于彎矩較大的位置，建議設(shè)計中考慮拼縫影響，適當(dāng)加大梁的配筋。

5[摘要]本文對通過現(xiàn)澆段拼接的混凝土疊合梁的受彎性能進(jìn)行了足尺試件試驗研究，并與現(xiàn)澆試件進(jìn)行對比，研究拼縫對梁的破壞模式、承載力、剛度、裂縫分布等的影響。通過試驗研究和理論分析，提出了疊合梁拼接的設(shè)計建議，包括承載力設(shè)計及構(gòu)造要求，為裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。