第十八界全豳赢层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年现浇圆形空心楼盖中单向模型板受力性能的试验研究全学友孙会郎( 重庆大学土木- r 程学院4 0 0 0 4 5 )越薹本文通过三个对比缎的模堑试验。对比研究了现浇匿形空心棱盖中单向横孔模墅扳与单向顺孔模型板的受力性能和剪力传递特征研究袭髓，当空心率在3 5 以下时，横孔模型板与顺孔模型板受力变形特征几乎完全相同；当空心率达到5 0 时，横孔模型扳仍然具有良好的抗弯剐度，为进一步研究现浇空心楼盖的双向受力特征奠定了基础同时，本文还发现，横孔板孔肋是剪力传递的薄弱环节，建议应对其进行抗剪验算。此外，本文还对现浇空心楼盖抗弯纵筋的最小配筋率的取值提出了修正建议。关键谰现浇空心楼盖，圆形空心，试验研究1 前言近几年来，现浇空心楼盖在国内已获得了较多应用，并在一些地区作为新技术予以推广。虽然现浇空心楼兼有不同的空心形式，但圆形空心管由于固定方便，施工质量较易得到保证，且楼盖具有良好的抗弯刚度，从而在现浇空心楼盖领域获得普遍应用。圆形空心楼盖的一般布置平蕊可用图l进行说明，其中空心管里单向等间距捧列，空心管位于截面厚度的中心；垂直于孔道方向往往布置有横肋，但闯距较大，其值通常为空心管的长度。) o o o C颇警方向截面 面面面i 篓氢 疆搿戤m 辩m m m 豫：- I I I嚣乎黼 树毒铽 铽毒绺轼毒斟 ；糊；l ：l ；l | | | | i i i i i i i i i ： 渐! j 魂黼黼臀昝 蹦剿摆戳爆谢割嘲I I - 量I i l I 、l I Il l I 嚣糟 争k 特 * 谗槲蠢l 荆 ： ：l l l i i l l t i J i t I l I I 强I ；I I I 。I丽而请而雨薷丽圈l 现浇钢筋混凝土空心楼盖的平面布置示意圈虽然空心楼盖已取得较多应用，但其设计理论却并不完善。到目前为止，仅有少数学者对这一新型楼盏结构体系进行过研究疆引，大多数结构工程师并未能深入理解空心楼盖的结构性能和设计方法。就圆形管空心楼盖而言，直观上的两个基本闯题就是：其一，在四边支承的情况下，板是否存在双向受力特性；其二，垂直于孔道方向截面除孔肋厚度范围为实心外，其余部分呈“= ”状的变截面，是否存在薄弱环节，以及截面承载能力如何计算，这些问题均未能获得满意的答案。作者筒介：全学友、男、1 9 6 3 年出生，博士、到教授8 9 3 随鞭霭投斜捧坝嵴剪1 鹫涮- 1柑再阿岢第十八界全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年联想到正交交叉梁系协同受力的机理，本文在正方形四边支承板中抽象出等宽度的单向顺孔模型板和单向横孔模型板分别进行研究。当宽度相同时，由于每单位长度的顺孔板和横孔板的混凝土材料用量和强度完全相同，因此，只要配筋相同、支承方式和跨度相同、加载方式相同，则顺孔板和横孔板表现出的性能差异将主要是由孔道方向不同造成的。本文作者认为，单向顺孔板和单向横孔板的试验结果有助于理解四边支承板中单向孔道对整体板受力性能的影响，有助于理解垂直于孔道方向的传力机理，从而有助于解决上述两个基本问题。2 试件设计及制作本文共设计了三个对比组，每个对比组各包含一块顺孔板和一块横孔板。每一对比组的混凝土均采用同一泵车的预拌混凝士制作，配筋也完全相同，从而保证了对比组内构件材料和截面的一致性。混凝土强度设计等级C 3 0 ，表l 为各对比组的实溅材性表。 对比组1 中的顺孔板S - I 和横孔板H - I 以及对比组2 中的顺孔板S - 2 和横孔板H - 2 如图2 所示，对比组3 中的顺孔板S 一3 和横孔板H - 3 如图3 所示。出于定位考虑，试件制作时施工单位另行在第1 、第2 对比组横孔板底增加2 ( D1 0 钢筋。圆孔上下翼缘的厚度以及孔肋厚度，是在参考了实际工程中的厚度并考虑钢筋净保护层厚度和施工振捣等要求后确定的。在对比组1 、2 中，横向钢筋网片主要考虑用于空心管和纵向钢筋定位丽设置；在对比组3 中，则有意研究孔肋中竖向钢筋网片对受力性能的影响，故在试件的左半部，每两个孔设置一个网片，而在试件的右半部，每孔设置一个网片。袭1 材料的性质组分类E ( M P a )咒( M P a )一( M P a ) o l O1 7 2 7 3 0 3 73 5 0 6 54 8 9 1 2钢l 、2虫1 21 9 9 1 4 0 2 9 04 0 5 0 05 8 2 9 9筋82 3 3 6 3 7 2 62 6 1 9 54 1 1 3 930 1 02 1 1 1 8 2 2 33 3 1 1 44 6 2 7 3堂1 21 9 5 1 5 3 6 04 0 5 7 35 8 0 1 0混组( M P a )E ( M P a )f ( M P a )( M P a ) 凝l 、26 2 43 6 3 X l o 4 7 44 0 9 土34 5 33 3 7 1 0 43 4 4 33 - 3 0【湖l! 竺! 竺堕!1 2 ￥i s o ：j 2 1 Q i 2 1 ：ii 迦l1。，一，。，j!l：i：!)。，。，一。一H jH 一三图2 第l 和第2 对比组试件( 板宽均为6 3 0 u )8 9 4 第十八界全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年鎏癣蠖3 加载方案焊接网片图3 第3 对比缎试件表2 为各对比组的加载筒图，荷载按分级加载，并且出于方便考虑，采用集中荷载方式。对比组2 各试件右侧设有外伸段，并经历2 个加载工况的试验，即先在跨中单点逐级加载至试件破坏或接近破坏，然后将跨中荷载维持在8 0 1 d 4 不变，逐级施加外伸端点荷载直至构件破坏。对比组3 各试件两侧设有相等的外伸段，并经历了3 个加载工况的试验，即先在跨中逐级单点加载至试件破坏或 接近破坏，然后将跨中荷载维持在l O O k N 不变，逐级施加左侧外伸端点荷载直至构件左支座附近破坏，卸掉左侧荷载；随后逐级施加右侧外伸端点荷载直至构件右支座附近破坏。对比组2 、3 采用不止一个加载工况，其目的是为了以尽可能少的试件获得尽可能多的试验信息。表2 试件加载方式编号加载方式S - 1k 1 4 0 。 】0 0 0l1 4 0 0 +H - 1_3 0 0加鼓王况2 RS - 2 加救工况lI jH - 2争1 6 0 。【1 6 0 0 乇o 。lj1 3 8 0 01 l册戴下灌I BS - 3 I 岛加载工况已吼加载工况1R爪J -； I - I - a ,1 4 4 0I2 4 0 0三4 1 4 4 0 ；7 b 8 0 !8 9 5 第十八界全孱高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年4 裂缝形态4 1 跨内荷载单独作用下简支模型板的裂缝特征虽然对比组2 、3 具有外伸段，但由于自重对内力分布影响很小，因此，当仅在跨内施加竖向荷载时，可视为简支加载受力状态。图4 至图9 分别为各试件在跨内竖向荷载单独作用下的裂缝分布图。由图可见，简支顺孔板的裂缝特征与简支实心截面梁的裂缝特征很类似，即裂缝首先出现在弯矩较大部位的受拉区边缘，并逐渐向板顶发展，同时随着荷载的进一步增大，出现一系列间距相近的新裂缝，离集中荷载较远的裂缝在向上发展的过程中有逐渐偏向集中力作用点的趋势。圈4 构件s - ! 跨中裂缝田圈5 构件H - I 跨中裂缝圈圈6 构件S - 2 跨中裂缝圈圈7 构件H - 2 踌中裂冀圈图8 构 孛S - 3 跨中裂缝圈隧9 构件H _ 3 跨中囊缝圈横孔板的裂缝特征较为复杂。首先，裂缝发生的方式与圆孔的直径有关。对比组l 、2的圆孔直径较小( d = l S O m m ) ，裂缝在纯弯段或弯矩较大部位出现时，总是出现在圆孔底面较薄弱的翼缘上，起点在翼缘外表面，且一出现即贯穿整个翼缘厚度。随着荷载的增大，已经开裂的翼缘有可能出现第二条竖向裂缝，且仍然起自翼缘外边缘。与对比组1 、2 不同，8 9 6 第十八界全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年对比组3 的圆孔直径较大( d = 4 0 0 m m ) ，弯矩较大部位圆孔下方的翼缘可能出现多条裂缝，但每个圆孔内的第一条总是开始于下翼缘的内边缘，并向下发展，直至贯穿整个翼缘厚度，随后出现的裂缝均起自下翼缘的下边缘，并向上发展。其次，抗弯纵筋屈服以后，随着荷载和变形的进一步增大，集中力作用点附近的剪弯区段易于出现指向集中力作用点且外观走向平缓的斜裂缝，并可能导致连续若干个孔肋斜向开裂。试验发现，该种斜裂缝一旦出现，则裂缝宽度增长很快，迅速导致模型板失去承载能力。第三，设置于孔肋中的竖向钢筋网片有利于限制贯穿孔肋的前述斜裂缝的发展。对比组3 中的模型板H 3 跨度中点以左每个孔肋均设有竖向钢筋网片( 间距4 8 0 m m 。与板厚度5 0 0 m m 很接近) ，跨度中点以右则隔孔设置一个网片( 间距9 6 0 m m ，近似等于板厚度5 0 0 m m 的两倍) ，试验表明，虽然板中点左侧第二个孔肋左上方出现了细微的指向集中力作用点的短斜裂缝，但并未得到发展，整个左侧半跨模型板的孔肋均未被斜裂缝割断。模型板右侧出现了明显的斜裂缝，斜裂缝割断了中点以右的第一孔肋，该孔肋没有设髯竖向钢筋网片；中点以右第二孔肋虽然如现了指向集中力作用点韵短斜裂缝，但由于该孔肋配有竖向钢筋网片，斜裂缝并未贯穿孔肋。4 2 外伸段竖向荷载参与下的裂缝特征外伸段竖向荷载参与以后，跨度中点至外伸段一侧支座之间的剪弯区段弯矩图将具有反弯点。由图6 - - O 跨内荷载单独作用下的裂缝图可见，在靠近支座约2 倍板厚的跨度范围内，模型板的裂缝十分轻微或根本没有裂缝，因此外伸荷载参与以后在靠近支座的剪弯区段内出现的新裂缝将有助于理解约束状态下模型板的受力特征。圈l O 顺孔板外伸端支廒附近的裂缝图1 0 为顺孔板在外伸端竖向荷载和跨内竖向荷载作用下支座附近的典型裂缝图，为清楚起见，图中只表示了外伸荷载参与以后新出现的裂缝。由图可见，带外伸段的顺孔板在竖向荷载作用下的裂缝特征与普通外伸梁的裂缝特征很类似，裂缝首先出现在最大负弯矩截面或其紧邻处，并向下发展。外伸段出现了斜裂缝，跨内也出现了指向支座梁底的斜裂缝，但外伸端的承载力由支座截面的抗弯能力控制，没有出现剪切破坏。圈l l 构件H - 2 外伸端试验破坏后裂缝图图1 2 构件H - 3 左外伸端试验破坏后裂缝圈8 9 7 第十八赛全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年圉1 3 构件1 t - 3 右外伸鞴试验破坏后裂麓圈图1 1 1 3 分别为对比组2 、3 中横孔板H - 2 和H 3 在外伸段竖向荷载和跨内竖向荷载作用下支座附近的裂缝图，为清楚起见，图中同样只表示了外伸荷载参与以后新出现的裂缝。试验表明，在支座附近的负弯矩区段，正截面弯曲裂缝出现的规律与跨内正弯矩区段的弯曲裂缝很类似，即对孔径较小的H 2 ，弯曲裂缝起自圆孔范围内翼缘的外边缘；对孔径较大的H - 3 ，圆孔范围内翼缘的第一条弯曲裂缝起自内侧，并向上发展贯通整个翼缘，其余的弯曲裂缝则起自翼缘外侧。外伸段的孔肋虽然也出现了指向支座底部的斜裂缝，但发展不明显。真正起控制作用的是跨内剪弯区段出现的撕剪裂缝，这种撕剪裂缝在孔肋上往往成对出现，并迅速向相反方向斜向发展，导致试件失去承载能力。5 简支模型板的受力变形特征受弯构件的受力变形特征可以通过其荷载一跨中挠度曲线予以说明。图1