混凝土结构板式试验成果

（1）试验分析。

试验中考虑到钢筋尺寸、嵌入长度、抗压强度和连接数这几个变量，总共设计了五个全尺寸试件，其中试件ET1和ET2（A组）通过提高钢筋锚固长度来促使构件最后发生钢筋断裂破坏；ET3，ET4和ET5试件用于研究钢筋滑移破坏（B组）。试件包括一相邻两跨的楼板单元（如图7-8所示），由两块尺寸为2 000mm×1 200mm×150mm 的板组成，其中板上有两个或三个键槽来放置钢筋（见图7-9）。

考虑到要控制两种不同破坏模式的发生，在A组使用了强度为30 MPa的水泥浆，B组使用了强度为20 MPa的水泥浆。钢筋埋置长度以及直径见表7-2。为了研究混凝土部分对结构抗力的贡献，特地设计了ET4试件，其连接处没有采用混凝土进行填充，其余试件则都进行了空隙填充。五个试件中只有ET2采用了三根连接筋，其余试件都为两根。

图7-8　试验布置平面示意图

图7-9　预制板尺寸

表7-2　试件列表

*接缝无灌浆料试件。

试验布置如图7-10所示。预制板搁在钢梁上，并通过纵向钢筋连接在支撑框架上从而实现两端水平约束。整个加载过程包括两个阶段：第一阶段，为了模拟整个结构的倒塌过程，先把中间节点下部用螺旋千斤顶进行支撑，然后慢慢下降千斤顶从而模拟支撑慢慢损坏的情况；第二阶段，采用上部加载螺旋千斤顶以恒定速率下降，加载过程使用位移控制法施加载荷直至钢筋断裂或拉出。

图7-10　整体试验现场

图7-11显示了所有五个试件的载荷与中间节点挠度曲线。测试结果揭示了两组的差异。ET1和ET2的破坏模式大致相同。中间钢筋约在挠度达到200～230mm 时（即跨度长度的11%）发生钢筋断裂。ET2/ET1强度比为1.62，这表明结构的强度大致与放置在接头中的钢筋连接面积成比例。B组三个试件下降后第二次增加的明显趋势，表明在具有钢筋滑移破坏的试件中建立了悬链线机制。对于试件ET3至ET5，即使在约500mm 的挠度即跨度长度的20%时也未观察到钢筋断裂失效。

图7-11　试验荷载-位移曲线结果

图7-12显示了ET2和ET5中间和边缘连接节点附近的两种典型破坏模式。在所有试件中，中间节点在预制板和后浇带之间的接触面只产生一条主要裂缝，并且随着挠度的增加，该裂缝非常迅速地扩大。这表明钢筋在非常早的阶段，在挠度发展到板长的1%～2%时就达到了屈服点。此外，对于ET2和ET5，分别在挠度为5.16mm 和3.25mm 时在边缘支撑处观察到下部的水泥产生张力裂缝。在中间节点处的初始裂缝之后，楼板依然作为两个刚性体，通过接头处的钢筋连接。在ET2中，水泥浆被压碎至深度为4～5mm，然后中部钢筋断裂，裂缝非常宽并且穿透整个板深。楼板作为刚性元件旋转，没有发生太大的弯曲变形。(www.xing528.com)

共进行了五次全尺寸试验，以研究试件的两种不同失效行为。A 组试件（ET1和ET2）试验是考虑钢筋断裂，研究结构在不同楼板钢筋连接数量对结构的影响。B组试样（ET3，ET4和ET5）则是为了研究钢筋被拉出的破坏模式。

图7-12　试件破坏模式比较

在A组试件中，当结构倒塌时，中间节点处纵向钢筋断裂，而边缘处的纵向连接钢筋仅发生塑性变形。这表明中间节点是体系中最关键的点。由于当挠度相对较小时发生断裂，因此在这组试样中悬链线效应没有得到很好发挥。

在B组所有试件的拉拔力挠度曲线有重新上升阶段，表明出现了悬链线作用。一旦发生悬链线作用，结构的防连续倒塌荷载将继续增长。

对这两组试验之间行为的比较表明，诱导悬链线作用的关键是在结构倒塌之前能够发生足够大的挠度。在这项研究中，由于钢筋和周围灌浆之间的弱粘合，钢筋的断裂被抑制，因此实现了悬链线效应的发挥。

（2）数值模拟。

利用数值建模软件ABAQUS对试件进行模拟，并与实验结果进行比较。模型中以弹簧模拟支撑框架约束作用，并比较了不同刚度大小的影响。图7-13～图7-15给出了不同试件的数值和试验结果比较，并表明使用k=200kN/mm弹簧刚度的有限元结果与试验结果吻合良好。

图7-13　FT1，FT2数值与试验结果比较

结果表明，有限元分析的上升和下降阶段与试验吻合良好，证实了该模型能够成功地模拟钢筋断裂和拔出失效机理。比较钢筋断裂失效和钢筋滑移破坏模式的结果，发现假设拉杆的横截面相同，钢筋滑移破坏模式提供更大的延展性，超过断裂破坏试件三倍，而强度小于钢筋断裂的试件30%。延性可以作为防止连续倒塌的重要参数，因此钢筋滑移破坏模式可以为预制混凝土结构提供更强的鲁棒性。由于间隙处没有混凝土的试样能够在荷载达到峰值之前使得结构产生相对较大的挠度，因此系统的强度远远高于其他试样。使用有限元分析获得了相同的结果。由于ET4试样的接头处仅有拉力，因此从开始到失效都建立了悬链线作用机制，因此与其他四个试件存在显著差异。该试样的弱点是下降阶段曲线比其他试样相对陡峭。这是由于钢筋滑移主导了系统的整体行为而没有产生薄膜效应。

图7-14　FT3数值与试验结果比较

图7-15　FT4数值与试验结果比较