竖向拼缝对装配式空心井字楼盖受弯性能的影响.pdf

第 ４ ８卷第 １期 ２ ０ １ ８年 １月 东 南 大 学 学 报（自 然 科 学 版 ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＳ Ｏ Ｕ Ｔ Ｈ Ｅ Ａ Ｓ ＴＵ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅＥ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） Ｖ ｏ ｌ ． ４ ８ Ｎ ｏ ． １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ８ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １－ ０ ５ ０ ５ ． ２ ０ １ ８ ． ０ １ ． ０ １ ６ 竖向拼缝对装配式空心井字楼盖 受弯性能的影响 崔文潇１ 刘 琛１ 陈忠范１ 尹万云２ 刘守城２ （ １东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ） （ ２中国十七冶集团有限公司，马鞍山 ２ ４ ３ ０ ０ ０ ） 摘要为改善竖向拼缝对新型装配式空心井字楼盖受力性能的不利影响， 对具有不同拼缝构造 形式的板带进行试验与分析． 分别考虑拼缝数量、 位置、 宽度和粗糙度等因素来设计试验构件， 对 １个现浇板带和 ４个带有拼缝的板带进行竖向静载试验， 得到构件的竖向位移、 裂缝分布、 受弯 承载力及钢筋和混凝土的应力应变． 试验结果表明， 通过优化拼缝处构造可以适度提高板带的受 力性能， 在非主要受力处设置拼缝可使构件强度、 刚度等受力性能更接近整浇构件． 拼缝处钢筋 的可靠连接可保证有效传力并限制混凝土接触面裂缝的发展． 计算具有拼缝的空心井字楼板受 弯承载力时可按设计规范取有效受压翼缘宽度． 关键词空心井字楼盖； 装配式； 拼缝； 受弯性能 中图分类号Ｔ Ｕ ３ ７ ５ 文献标志码Ａ 文章编号 １ ０ ０ １－ ０ ５ ０ ５ （ ２ ０ １ ８ ） ０ １  ０ １ ０ ６  ０ ７ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｎｆ ｌ ｅ ｘ ｕ ｒ ａ ｌ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅｏ ｆ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｈ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｃ ｒ ｏ ｓ ｓ  ｇ ｒ ｉ ｄｆ ｌ ｏ ｏ ｒｓ ｌ ａ ｂ ｓ Ｃ ｕ ｉ Ｗｅ ｎ ｘ ｉ ａ ｏ １ Ｌ ｉ ｕＣ ｈ ｅ ｎ １ Ｃ ｈ ｅ ｎＺ ｈ ｏ ｎ ｇ ｆ ａ ｎ １ Ｙ ｉ ｎＷａ ｎ ｙ ｕ ｎ ２ Ｌ ｉ ｕＳ ｈ ｏ ｕ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ２ （ １Ｋ ｅ ｙＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｏ ｆ Ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ａ ｎ ｄＰ ｒ ｅ  ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄＣ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） （ ２Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ＭＣ Ｃ １ ７Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐＣ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｍａ ａ ｎ ｓ ｈ ａ ｎ ２ ４ ３ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｏｗ ｅ ａ ｋ ｅ ｎｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｎｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｅ ｘ ｕ ｒ ａ ｌ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ  ｔ ｅ ｄｈ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｃ ｒ ｏ ｓ ｓ  ｇ ｒ ｉ ｄｆ ｌ ｏ ｏ ｒ ｓ ｌ ａ ｂ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｄａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｏ ｎｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄｆ ｌ ｏ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ  ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄｏ ｕ ｔ ．Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ  ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅｗ ｉ ｄ ｔ ｈａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ，ｏ ｎ ｅｃ ａ ｓ ｔ  ｉ ｎ  ｓ ｉ ｔ ｕｆ ｌ ｏ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐａ ｎ ｄｆ 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构的抗震性能和整体性主要取决于拼缝连接的好 坏［ １ ］． 目前常见的保证拼缝受力性能的构造措施 主要包括提高新旧混凝土黏结强度、 改进拼缝处钢 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 筋构造和合理设计拼缝位置与数量等． 提高新旧混 凝土黏结强度的主要方法有新混凝土强度等级比 原混凝土强度等级提高 １级、 增加新旧混凝土结合 面粗糙度、 使用界面剂等［ ２３ ］． 拼缝处钢筋的构造 方式主要有减小搭接钢筋弯折角度并增大搭接长 度、 增加抗裂钢筋［ ４５ ］、 在不同预制板端部设置 Ｕ 型钢筋环片于接缝中咬合对接并在环片中插入圆 钢棒［ ６ ］等． 关于拼缝位置设计， 文献［ ４ ］ 指出拼缝 位置应避开楼板受力较大处， 适当增加拼缝数量可 有效提高楼板承载力， 应加大拼缝宽度保证钢筋连 接长度． 文献［ ７ ］ 指出双向叠合板板侧的整体式接 缝宜设在叠合板的次要受力方向， 且应避开最大弯 矩截面． 本课题组提出了一种带有后浇带拼缝的新型 装配式空心井字楼盖［ ８ ］， 可适用于大跨度预制结 构． 为了解不同拼缝构造对新型装配空心井字楼盖 受弯性能的影响， 本文对 ５个具有不同拼缝构造形 式的新型空心井字楼盖板带进行了竖向静载试验， 分析了拼缝数量、 拼缝接触面粗糙度、 拼缝宽度和 拼缝位置 ４个因素的影响． １ 拼缝试验 １ ． １ 试验构件设计与施工 本试验共设计了 ５组构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ ， Ｐ Ｃ Ｓ １ ， Ｐ Ｃ Ｓ ２ ， Ｐ Ｃ Ｓ ３ ， Ｐ Ｃ Ｓ ４ ， 基本设计参数见表 １ ． 除 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ为整体 浇筑外， 其余构件采用至少 ２个预制板拼装而成， 各构件拼缝位置见图 １ ． 所有构件采用与实际设计 尺寸 １ ∶ ２的比例制作， 图 １中均为试验制作尺寸． ５ 组构件顶板、 底板和肋梁的配筋全部一致， 区别在 于有拼缝的预制构件存在外伸的连接钢筋． 图 ２为 试验构件配筋图． 表 １ 试验构件设计参数 试验构 件编号 拼缝 数量 拼缝宽度／ ｍ ｍ 预制构件平面 尺寸／ （ ｍ ｍ ｍ ｍ ） 预制构 件型号 预制构 件数量 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ０３１ ２ ０ １０ ０ ０Ｐ １１ Ｐ Ｃ Ｓ １ ， Ｐ Ｃ Ｓ ２１２ ０ ０１４ ６ ０ １０ ０ ０Ｐ ２ ／ Ｐ ３２ Ｐ Ｃ Ｓ ３２２ ０ ０ ６ １ ０ １０ ０ ０Ｐ ４２ １５ ０ ０ １０ ０ ０Ｐ ５１ Ｐ Ｃ Ｓ ４１３ ０ ０１４ １ ０ １０ ０ ０Ｐ ６２ 预制板装配工序为 ① 固定预制板； ② 支模； ③ 绑扎连接底板、 顶板钢筋； ④ 焊接连接肋梁钢 筋； ⑤ 浇筑拼缝内底板混凝土； ⑥ 放置发泡混凝 土块； ⑦ 浇筑拼缝内顶板混凝土． 拼缝界面剂采用 水泥砂浆． 预制板侧面存在 ２ ０ｍ ｍ宽的混凝土封 边， 构件和拼缝采用细石混凝土， 设计强度为 Ｃ ４ ０ ． （ ａ ）Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ （ ｂ ）Ｐ Ｃ Ｓ １ ，Ｐ Ｃ Ｓ ２ （ ｃ ）Ｐ Ｃ Ｓ ３ （ ｄ ）Ｐ Ｃ Ｓ ４ 图 １ 试验构件装配示意图（ 单位 ｍｍ） （ ａ ）Ａ  Ａ （ ｂ ）Ｂ  Ｂ （ ｃ ）Ｃ  Ｃ 图 ２ 试验构件配筋图（ 单位 ｍｍ） 预制构件采用商品混凝土， 试块同养护情况下受压 强度为４ ８Ｐ ａ ， 拼缝处混凝土现场制作， 试块受压强 度为４ １Ｐ ａ ． ４ｍ ｍ冷拉板筋屈服强度为３ ０ ６Ｐ ａ ， 肋梁 纵筋和箍筋屈服强度为 ３ ８ ２Ｐ ａ ． 发泡混凝土块密度 ７０１第 １期崔文潇， 等 竖向拼缝对装配式空心井字楼盖受弯性能的影响 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 为２ ８ ０ｋ ｇ ／ ｍ ３ ， 受压强度为０ ． ６Ｐ ａ ． 预制构件Ｐ ３ 接触 面存在２ ０ｍ ｍ深的齿槽， 通过模板上凹凸物形成． 除 Ｐ １ 和 Ｐ ３ 外所有预制构件需连接的侧面为人工凿 毛形成的人工毛糙面， 粗糙度介于１ ～ ５ｍ ｍ之间． １ ． ２ 加载装置及测点位置 构件采用液压千斤顶通过分配梁加载， 加载点 位于构件跨度方向三分点位置， 加载示意见图 ３ ． 整 个加载过程分为预加载、 正式加载和卸载 ３个步骤， 其中预加载分为２ 级， 每级加载１ｋ Ｎ ， 正式加载时每 级加载２ｋ Ｎ ， 开裂后每级加载 １ｋ Ｎ ． 每级荷载加载 完毕后持荷， 并对试验构件开裂情况进行观察． 板底 布置位移计以观察实验构件的挠度变化． 在拼缝和 邻近位置均布置了混凝土应变片（ 见图４ ） ．钢筋应 图 ３ 加载示意图（ 单位 ｍｍ） （ ａ ）Ｐ Ｃ Ｓ １底板 （ ｂ ）Ｐ Ｃ Ｓ １顶板 （ ｃ ）Ｐ Ｃ Ｓ ２底板 （ ｄ ）Ｐ Ｃ Ｓ ２顶板 图 ４ 混凝土应变片示意图（ 单位 ｍ ｍ） 变片布置示意图见图 ５ ． 图中 Ｃ １～ Ｃ ２ ３为混凝土应 变片； Ｓ １ ～ Ｓ ３ ５为钢筋应变片． 定时采集数据， 时间 间隔为５ｓ ． （ ａ ）顶板 （ ｂ ）底板 图 ５ 钢筋应变片布置示意图 １ ． ３ 试验现象与裂缝发展 相关规范［ ９ ］规定， 出现以下任一现象即达到 极限承载力状态 弯曲挠度达到跨度的 １ ／ ５ ０ ； 受拉 主筋处裂缝宽度达到 １ ． ５ｍ ｍ； 钢筋屈服或应变达 到 ０ ． ０ １ ； 构件受拉主筋断裂； 弯曲受压区混凝土受 压开裂、 破碎． 构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ属于受弯破坏． 当加载至 １ ０ｋ Ｎ后 在板底跨中位置观察到第 １条裂缝． 随着加载的继 续进行， 裂缝增多， 最宽裂缝所在截面（ 控制截面） 位于跨中附近． 加载至 ２ ４ ． ８ｋ Ｎ时底板板筋断裂， 该位置处的裂缝宽度达到近 １ ． ５ｍ ｍ， 意味着构件 破坏． 继续加载则发现挠度增加， 而荷载开始下降． 构件 Ｐ Ｃ Ｓ １ ， Ｐ Ｃ Ｓ ２和 Ｐ Ｃ Ｓ ４的试验现象相似， 均属于受弯破坏． 在荷载加至６ｋ Ｎ时， 拼缝接触面 出现通长的初始裂缝． 随着加载的继续进行， 初始 裂缝不断发展并沿板侧向上延伸． 加载值大于 １ ０ｋ Ｎ时， 位于加载区内的预制板底出现新的横向 裂缝． 试验后期， 底板钢筋屈服并随着荷载加大而 断裂， 结束试验． 对比发现构件 Ｐ Ｃ Ｓ ２的拼缝接触 面处裂缝宽度最小， 构件 Ｐ Ｃ Ｓ ４最大． 构件 Ｐ Ｃ Ｓ ３的 ２条后浇带拼缝位于加载点外． 荷载加载至 ８ｋ Ｎ时， 裂缝同时出现在两侧拼缝接 触面上． 加载至 １ ３ｋ Ｎ时， 跨中位置出现一条不通 长的细微裂缝． 加载至 １ ６ｋ Ｎ时， 拼缝处细微裂缝 发展为通长裂缝． 板底钢筋断裂后， 跨中裂缝宽度 超过 １ ． ５ｍ ｍ时结束加载． 试验结束时板底裂缝分 布均匀， 其余构件的裂缝则主要集中于跨中附近． 总体而言， 所有试验构件均为受弯破坏， 至试 ８０１东南大学学报（ 自然科学版） 第 ４ ８卷 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 验结束时底板部分板筋断裂， 说明其锚固可靠且发 挥了较大作用． 板底裂缝几乎全部为横向裂缝， 除 通长裂缝外其余横向裂缝位于板中间位置， 即纵向 肋梁底部裂缝间距约为 １ ０ｃ ｍ， 底板裂缝间距约为 １ ５ｃ ｍ． 根据文献［ １ ０ ］ ， 平均裂缝间距 ｌ ｍ的计算公 式为 ｌ ｍ＝ ｃｆ２ ． ７ ｃ ＋ ０ ． １ １ ｄ ｅ ｑ ρ ｔ ｅ （ １ ） 式中， ｃ ｆ为系数， 取决于构件的内力状态， 对受弯 构件取 ｃ ｆ＝ １ ； ｃ 为保护层厚度； ｄｅ ｑ为钢筋直径； ρｔ ｅ 为混凝土受拉时的有效截面面积． 裂缝间距为 ２ ／ ３ ｌ ｍ～ ４ ／ ３ ｌｍ， 计算得到的裂缝间 距为 ８ ９～１ ７ ８ｍ ｍ， 这与试验结果较为一致． 除 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ外所有构件直至试验结束拼缝内未发展新裂 缝， 裂缝仅出现在拼缝接触面． 但根据计算， 裂缝间 距小于拼缝宽度， 究其原因在于， 拼缝内连接钢筋 之间存在一定的相对滑移， 使得需要更长距离来将 钢筋应力传递给混凝土， 故在拼缝内未产生新 裂缝． 试验构件 Ｐ Ｃ Ｓ １ ， Ｐ Ｃ Ｓ ２和 Ｐ Ｃ Ｓ ４的最宽裂缝所 在截面（ 破坏截面） 位于拼缝接触面， 构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ和 Ｐ Ｃ Ｓ ３的破坏截面位于跨中， 其中构件 Ｐ Ｃ Ｓ ３最初 开裂截面出现在拼缝接触面， 由此说明拼缝是薄弱 环节． 将接触面做成２ｃ ｍ的凹凸齿槽， 对结构开裂 和裂缝分布没有明显改善． 表 ２列出了所有试验构 件的开裂荷载 Ｆ ｃ ｒ、 极限荷载 Ｆｕ、 加载至开裂荷载 时构件最大位移 ｆ ｃ ｒ和加载至极限荷载时构件最大 位移 ｆ ｕ． 表 ２ 试验构件的开裂荷载与极限荷载 名称Ｆｃ ｒ／ ｋ Ｎｆ ｃ ｒ／ ｍ ｍ Ｆ ｕ／ ｋ Ｎ ｆ ｕ／ ｍ ｍ Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ１ ００ ． ８ ３ ３２ ４ ． ８１ ４ ． １ ４ Ｐ Ｃ Ｓ １６０ ． ７ ２ ０１ ７ ． ８１ ３ ． ３ １ Ｐ Ｃ Ｓ ２６０ ． ６ ８ ０１ ８ ． ４１ ２ ． ９ ４ Ｐ Ｃ Ｓ ３８０ ． ６ ９ ５２ ３ ． ４１ ４ ． ２ ２ Ｐ Ｃ Ｓ ４６０ ． ６ ４ ８１ ８ ． ５１ ２ ． ７ ５ 具有拼缝构件的开裂荷载明显低于构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ 的开裂荷载． 究其原因在于， 竖向黏结的浇筑方式 使得新混凝土只能浇筑于老混凝土侧面， 而接触面 容易出现离析形成的水层， 且突出的粗骨料下会形 成孔洞， 使得接触面存在初始裂纹， 从而导致黏结 强度下降， 并造成拼缝接触面在较小荷载时开裂． ２ 试验结果分析 ２ ． １ 构件挠度和刚度分析 图 ６给出了试验构件的位移 荷载关系曲线． 由图可知， 试验初期， 所有构件的刚度接近线性， 且 具有一定差异． 这是由于预制构件多次运输、 存放 不当， 拼缝处混凝土浇捣不实且养护条件差， 拼缝 混凝土因批次不同且比预制混凝土强度低等原因 造成的， 建议控制施工质量． 板底开裂后， 曲线出现 拐点， 钢筋屈服后构件的位移急剧增大． 拼缝接触 面开裂后， 不同构件的刚度开始出现明显差异， 构 件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ的刚度始终最大， 构件 Ｐ Ｃ Ｓ ３的刚度和现 浇板差别不大， 构件 Ｐ Ｃ Ｓ １ ， Ｐ Ｃ Ｓ ２和 Ｐ Ｃ Ｓ ４的刚度 差异较小． 图 ６ 构件跨中挠度 荷载关系曲线 根据规范［ １ １ ］ ， 构件的短期刚度为 Ｂ ｓ＝ Ｅ ｓＡｓｈ０ ２ １ ． １ ５ ψ＋ ０ ． ２＋ ６ ρ Ｅ ｓ／ （ Ｅｃ（ １＋ ３ ． ５ γｆ） ） （ ２ ） 式中， Ｅ ｓ和 Ｅｃ分别为钢筋和混凝土的弹性模量； Ａ ｓ和 ｈ０分别为截面受拉钢筋面积和有效受压高 度； ψ为裂缝间纵向普通受拉钢筋的应变不均匀系 数； γ ｆ为翼缘截面面积与腹板有效截面面积的 比值． 三分点加载受弯构件跨中挠度公式为 ｆ ＝ ２ ３ Ｆ ｌ ３ ２５ ９ ２ Ｂ ｓ （ ３ ） 式中， Ｆ为外力； ｌ 为构件跨度． 根据式（ ２ ） 和（ ３ ） 进行计算， 得到构件的位移 荷载关系曲线见图 ６ ． 由图可知， 对于构件 Ｐ Ｃ Ｓ １ ， Ｐ Ｃ Ｓ ２ ， Ｐ Ｃ Ｓ ４ ， 加载至 １ ６ｋ Ｎ之前， 位移的计算值大 于试验值， 之后随着钢筋屈服， 构件刚度大幅下降． 对于构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ和 Ｐ Ｃ Ｓ ３ ， 加载至 ２ ２ｋ Ｎ之前， 位移 的试验值小于计算值， 随着钢筋屈服试验值大幅增 加． 因此， 可采用短期刚度计算各构件在使用阶段 的挠度， 但安全系数稍有不同． 总体而言， 设置在跨 中位置的拼缝对刚度有明显的削弱， 而将拼缝设置 于受力较小位置时（ Ｐ Ｃ Ｓ ３ ） ， 刚度与现浇构件相差 不大． ２ ． ２ 平截面假设 图 ７列出了 Ｐ Ｃ Ｓ １跨中拼缝附近截面内不同 ９０１第 １期崔文潇， 等 竖向拼缝对装配式空心井字楼盖受弯性能的影响 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 高度混凝土与钢筋的应变数值． 从截面底部到顶 部， 应变点分别为 Ｃ ７ ， Ｓ ７ ， Ｓ ２ １ ， Ｓ ２ ８ ， 所有应变片水 平方向距板中心２ ０ ０ｍ ｍ， 位于肋梁外． 试验构件基 本符合平截面假设， 随着荷载的增加， 构件底部混 凝土开裂， 中和轴从 ２ｋ Ｎ时的 １ １ ４ｍ ｍ上移至 １ ２ ｋ Ｎ时的 １ ２ ７ｍ ｍ处． 构件空心处的发泡混凝土块 有助于顶板和底板之间力的传递， 从而使截面作为 整体平面受力变形． 根据 Ｃ ７和 Ｓ ７的应变值可看 出， 底板混凝土进入塑性变形后板筋通过与混凝土 的黏结力起到了约束变形的作用． 图 ７ Ｐ Ｃ Ｓ １截面应变 截面高度曲线关系 ２ ． ３ 受压翼缘宽度 取构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ ， Ｐ Ｃ Ｓ １和 Ｐ Ｃ Ｓ ３的跨中截面顶板 混凝土应变进行对比， 结果见图 ８ ． 由图可知， 板横 截面中心（ 即纵向肋梁处） 应变最大， 靠近板边缘 处应变最小， 即在构件受力截面上同一高度处沿翼 （ ａ ）Ｆ＝ ５ｋ Ｎ （ ｂ ）Ｆ＝ １ ５ｋ Ｎ 图 ８ 不同构件顶板沿翼缘方向混凝土应变变化曲线 缘方向的应变不是均匀分布的． 构件的有效受压翼 缘宽度为［ １ １ ］ ｂ ｍ ｉ＝ ｔ ∫ ｃ ０ σ （ ｘ ， ｙ ） ｔ σ ｍ ａ ｘ ｄ ｙ（ ４ ） 式中， ｔ 为受压翼缘厚度； ｃ 为翼缘宽度； σ （ ｘ ， ｙ ） 为翼 缘板正应力函数， 其中 ｘ 为沿跨度方向的坐标； ｙ 为沿 横截面宽度方向坐标； σ ｍ ａ ｘ为横截面最大正应力． 根据式（ ４ ） 计算得到的结果见表 ３ ． 随着荷载的 增大， 构件的有效受压翼缘宽度增大， 即顶板参与受 力程度增加． 根据规范［ １ ２ ］ ， 有效受压翼缘计算宽度 取值为 ｂ ＋ １ ２ ｈ ′ ｆ， 其中 ｂ 为肋梁宽度， ｈ ′ｆ为受压翼缘 厚度． 试 验 中 构 件 的 有 效 翼 缘 宽 度 计 算 值 为 ６ ０ ０ｍ ｍ ， 与试验结果差别较小， 建议按规范取值． 表 ３ 试验构件有效受压翼缘宽度ｍ ｍ 荷载／ ｋ ＮＣ Ｉ Ｐ ＳＰ Ｃ Ｓ １Ｐ Ｃ Ｓ ３ ５６ ０ ６６ ０ ２５ ５ ４ １ ５６ １ ６６ ５ ０６ ２ ６ ２ ． ４ 拼缝处受力分析 以构件 Ｐ Ｃ Ｓ ２为例， 进行拼缝处应变分析． 混 凝土应变片 Ｃ １ ， Ｃ ５ ， Ｃ ３和 Ｃ ７布置在构件底板， Ｃ １ ５ ， Ｃ １ ８ ， Ｃ １ ６和 Ｃ １ ９布置在构件顶板， 且 Ｃ １ ， Ｃ ３ ， Ｃ １ ５ ， Ｃ １ ６位于拼缝接触面上． 钢筋应变片布置在 纵向肋梁底筋上， 具体位置见图 ５ ， 其中 Ｓ １位于拼 缝内． 图 ９为拼缝接触面和拼缝内混凝土应变对比 （ ａ ）底板 （ ｂ ）顶板 图 ９ Ｐ Ｃ Ｓ ２拼缝接触面和拼缝内混凝土应变 ０１１东南大学学报（ 自然科学版） 第 ４ ８卷 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 曲线． 由图可知， 拼缝接触面处的混凝土应变值远 远大于拼缝内的混凝土应变值． 加载至 ６ｋ Ｎ后底 板拼缝处混凝土（ Ｃ ５ ， Ｃ ７ ） 应变值急剧增加， 说明 混凝土进入塑性变形并开裂． 顶板拼缝接触面的混 凝土应变在构件开裂后急剧增大， 加载至１ ８ｋ Ｎ时 混凝土压应变接近 ２ １ ０ － ３． 由此可知， 在拼缝新 旧混凝土接触面出现应变集中现象， 是构件的薄弱 环节． 拼缝内混凝土的应变值较小， 直至加载结束 应变值未达到 ３１ ０ － ４， 即拼缝内混凝土受力较 小． 试验中也发现拼缝内并未出现裂缝． 图 １ ０给出了拼缝内外肋梁纵筋的应变数值对 比曲线． 由图可知， 对于拼缝外钢筋， 越靠近跨中则 应变值越大． 拼缝内应变片 Ｓ １的数值小于同在纯 弯段的 Ｓ ２ ， 表示拼缝内钢筋应变小于邻近位置拼 缝外钢筋的应变值， 主要原因是拼缝内钢筋面积 加倍． 图 １ ０ Ｐ Ｃ Ｓ ２底板纵向肋梁纵筋沿跨度位置应变 ２ ． ５ 受弯承载力分析 表 ４列出了构件极限承载力试验值 Ｆ ｕ与计算 值 Ｆ ｃ的比值． 由表可知， 拼缝的存在降低了构件的 受弯承载力． 相较于现浇构件， 位于跨中的拼缝明 显削弱了装配构件的承载力， 主要原因是跨中拼缝 过早开裂加剧了变形曲率的发展， 此外施工误差导 致的拼缝混凝土强度低于预制构件也影响了构件 的承载力． 增加拼缝接触面粗糙度和钢筋连接长度 对装配构件承载力的提高较为有限． 当构件采用齿 状凹槽接触面时并不能较大程度地提高其承载力， 当钢筋连接长度足够时加宽后浇带拼缝只能略微 提高构件承载力． 与此同时， 当拼缝位于受力较小 位置时， 装配构件的承载力和现浇构件相差较小， 说明此时装配构件的受力性能较好． 当拼缝数量增 多且不在跨中时， 构件底部裂缝分布更为均匀， 整 个构件变形曲率比较连续， 底部钢筋受力均匀， 裂 缝宽度较小， 从而整体上提高了构件的承载力和使 用性能． 表 ４ 构件正截面受弯承载力试验值与计算值比值 名称Ｆｕ／ Ｆｃ Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ１ ． ３ ５ ７ Ｐ Ｃ Ｓ １０ ． ９ ７ ４ Ｐ Ｃ Ｓ ２１ ． ０ ０ ５ Ｐ Ｃ Ｓ ３１ ． ２ ８ ０ Ｐ Ｃ Ｓ ４１ ． ０ １ ０ 按实际配筋对工字形截面进行正截面受弯承 载力计算， 其中受压翼缘宽度按规范［ １ １ ］ 取值， 扣 除重力后得到的承载力为 １ ８ ． ２ ７ ４ｋ Ｎ ． 由表 ４可 知， 现浇构件 Ｃ Ｉ Ｐ Ｓ与拼缝设置在受力较小处的构 件 Ｐ Ｃ Ｓ ３的承载力计算结果具有一定的安全储备． 其余构件的承载力计算结果与试验结果相差无几． 因此， 将拼缝设置在受力较小处时， 构件承载力可 采用现浇构件承载力公式进行计算， 且具有一定的 安全储备． 综上可知， 在实际工程中， 拼缝应设置在受力 较小的位置并保证钢筋连接长度（ 拼缝宽度） ． 当 工程需要拼缝设置在跨中（ 受力较大处） 时， 应采 用不小于预制构件的混凝土强度， 并在板缝中配置 抗裂钢筋， 适度打磨接触面或者将预制构件接触面 做成凹凸面． 拼缝尺寸较小不易浇捣， 应尽量采用 自密实高强度混凝土． 为避免拼缝接触面产生初始 收缩裂缝， 拼缝可使用补偿收缩或微膨胀混凝土． 此外， 对结构的承载力与刚度的计算应进行折减． ３ 结论 １ ）拼缝接触面为构件的最早开裂面． 开裂荷 载低于现浇构件． 所有构件最终为受弯形式破坏． ２ ）预制构件接触面应具有一定粗糙度， 拼缝 混凝土强度不应低于预制构件． 拼缝内钢筋连接应 具有足够长度， 需满足设计规范的相关要求． ３ ）将拼缝避开最大受力处可有效提高板带承 载力， 裂缝分布均匀且宽度减小． 当工程需要拼缝 设在受力较大处时， 可增加接触面粗糙度和钢筋连 接长度， 在设计时对结构刚度和承载力进行折减． ４ ）按照设计规范对有拼缝的构件在使用阶段 的短期刚度和位移进行计算是可行的． ５ ）装配式空心井字楼板的受弯承载力可按普 通混凝土工字形截面进行计算， 受压翼缘有效宽度 按 ｂ ＋ １ ２ ｈ ′ ｆ取值． 参考文献 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ） ［ １ ］宋国华，王东炜，滕海文，等．装配式钢筋混凝土结 构竖缝抗剪承载力研究及国内外规范的比较［ Ｊ ］ ．世 界地震工程， ２ ０ ０ ５ ， ２ １ （ ２ ） １ ２ ５ １ ２ ８ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ １１１第 １期崔文潇， 等 竖向拼缝对装配式空心井字楼盖受弯性能的影响 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７  ６ ０ ６ ９ ． ２ ０ ０ ５ ． ０ ２ ． ０ ２ ３ ． Ｓ ｏ ｎ ｇＧ ｕ ｏ ｈ ｕ ａ ，Ｗａ ｎ ｇＤ ｏ ｎ ｇ ｗ ｅ ｉ ，Ｔ ｅ ｎ ｇＨ ａ ｉ ｗ ｅ ｎ ，ｅ ｔａ ｌ ． Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｏ ｎｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ａ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎＰ Ｒ Ｃ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎａ ｍ ｏ ｎ ｇｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ  ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｗｏ ｒ ｌ ｄＥ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， ２ ０ ０ ５ ， ２ １ （ ２ ） １ ２ ５ １ ２ ８ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７  ６ ０ ６ ９ ． ２ ０ ０ ５ ． ０ ２ ． ０ ２ ３ ． （ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ［ ２ ］韩菊红，赵国藩，张雷顺．新老混凝土粘结面断裂性 能试验研究［ Ｊ ］ ．土木工程学报，２ ０ ０ ３ ，３ ６ （ ６ ） ３ １ ３ ５ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ３ ２ １ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ０  １ ３ １ Ｘ ． ２ ０ ０ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ６ ． Ｈ ａ ｎＪ ｕ ｈ ｏ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ａ ｏＧ ｕ ｏ ｆ ａ ｎ ，Ｚ ｈ ａ ｎ ｇＬ ｅ ｉ ｓ ｈ ｕ ｎ ．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ  ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈｏ ｎｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆａ ｄ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅｆ ｏ ｒ ｎ ｅ ｗｔ ｏｏ ｌ ｄｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ［ Ｊ ］ ．Ｃ ｈ ｉ ｎ ａＣ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＪ ｏ ｕ ｒ  ｎ ａ ｌ ，２ ０ ０ ３ ，３ ６ （ ６ ） ３ １３ ５ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ３ ２ １ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ０  １ ３ １ Ｘ ． ２ ０ ０ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ６ ． （ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ［ ３ ］赵志方，赵国藩，刘健，等．新老混凝土粘结抗拉性 能的试验研究［ Ｊ ］ ．建筑结构学报，２ ０ ０ １ ，２ ２ （ ２ ） ５ １ ５ ６ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ３ ２ １ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ０  ６ ８ ６ ９ ． ２ ０ ０ １ ． ０ ２ ． ０ ０ ９ ． Ｚ ｈ ａ ｏＺ ｈ ｉ ｆ ａ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ａ ｏＧ ｕ ｏ ｆ ａ ｎ ，Ｌ ｉ ｕＪ ｉ ａ ｎ ，ｅ ｔ ａ ｌ ．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ  ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｏ ｎａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｖ ｅｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅｏ ｆ ｙ ｏ ｕ ｎ ｇ ｏ ｎｏ ｌ ｄｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌｏ ｆＢ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇＳ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ， ２ ０ ０ １ ，２ ２ （ ２ ） ５ １５ ６ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ３ ２ １ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ０  ６ ８ ６ ９ ． ２ ０ ０ １ ． ０ ２ ． ０ ０ ９ ． （ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ［ ４ ］徐天爽，徐有邻．双向叠合板拼缝传力性能的试验研 究［ Ｊ ］ ．建筑科学，２ ０ ０ ３ ，１ ９ （ ６ ） １ １ １ ４ ， ３ ８ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２  ８ ５ ２ ８ ． ２ ０ ０ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ４ ． Ｘ ｕＴ ｉ ａ ｎ ｓ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ，Ｘ ｕＹ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ．Ａ ｎｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｓ ｌ ａ ｂ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ２ ０ ０ ３ ， １ ９ （ ６ ） １ １ １ ４ ， ３ ８ ． Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２  ８ ５ ２ ８ ． ２ ０ ０ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ４ ． （ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ［ ５ ］吴方伯，刘彪，李钧，等．新型叠合板拼缝构造措施 的试验研究及有限元分析［ Ｊ ］ ．工业建筑，２ ０ １ ５ ，４ ５ （ ２ ） ５ ０ ５ ６ ， ７ ５ ．Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． １ ３ ２ ０ ４ ／ ｊ ． ｇ ｙ ｊ ｚ ２ ０ １ ５ ０ ２ ０ １ ２ ． ＷｕＦ ａ ｎ ｇ ｂ ｏ ，Ｌ ｉ ｕＢ ｉ ａ ｏ ，Ｌ ｉＪ ｕ ｎ ，ｅ ｔａ ｌ ．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙａ ｎ ｄｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｎ ｅ ｗｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄｓ ｌ ａ ｂ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｉ ｎ  ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ