带整浇板大跨度预应力次梁楼盖边主梁协调扭转试验

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1、第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文带整浇板大跨度预应力次梁楼盖边主梁协调扭转试验术黄音1冯惠苗2 王正霖-白绍良1( 1 、重庆大学土木工程学院，重庆，4 0 0 0 4 5 ；2 、重庆市设计院，重庆，4 0 0 0 1 5 )提要本文介绍两个6 m 8 m 带整浇板大跨度预应力次梁楼盖试件的边主梁协调扭转试验，探讨带整浇板大跨度预应力次梁楼盖中边主梁与次梁之间弯扭分配的变化过程，通过试验现象的观测和实测结果的分析，分析带整浇板时边主梁协调扭转受力的规律。关键词边主梁整浇板次梁协调扭转1 引言目前，由于针对性试验研究的缺乏，关于整浇板对边主梁协调扭转性能影响的看法尚 不统一。由一般

2、力学概念推断，人们通常认为整浇板对边主梁协调扭转的有利作用可能主 要来自以下两个方面：l 、整浇板对边主梁的扭转变形产生竖向及水平的约束作用，从而 可以减小边主梁扭矩；2 、作为边主梁受扭翼缘的楼板可分担一部分扭矩。基于以上认识， 我国工程界在计算边主梁协调扭矩时常采用“弹性扭矩折减法”，即取边主梁协调扭矩值 为按弹性刚度计算所得边主梁扭矩与折减系数的乘积，其中的折减系数对现浇楼盖一般取 为0 4 、对装配式楼盖则取为1 O 。 但有关研究u 劓表明，带翼缘截面的受扭承载力可取为截面各矩形分块受扭承载力的 总和，且倒L 形截面受扭时的有效翼缘宽度可近似取为悬伸翼缘厚度的3 - - - 6 倍。

3、结合工 程实际不难发现，这样一个相对于边主梁矩形截面小得多的翼缘所能承担的扭矩应该只是 整个截面承担扭矩的一小部分。又例如，文献晦1 也指出：由于板的约束而导致的边主梁扭 矩减小并不如通常想像的大，对于端部固定的边主梁，其降低幅度最大为1 0 。 正是由于工程设计的习惯做法与尚不充分的试验研究成果之间存在分歧，我国广泛使 用的现浇结构的边主梁协调扭转问题仍属亟待解决的问题之一。继前文哺1 的两个无整浇板试件之后，本文作者又进行了两个带整浇板大跨度预应力次梁楼盖试件的边主梁协调扭转 试验，以下就相关试验做一简要介绍。对四个有、无整浇板试件的模拟分析以及试验研究 结果的综合分析将另文介绍。2 试验

4、设计2 1 试件设计本次试验依然针对的是边主梁协调扭转问题相对突出的大跨度预应力次梁楼盖。接续 前文两个无整浇板试件1 、2 - 的编号，本文两个6 r e x 8 m 大型带整浇板试件称为试件3 、4 ， 其基本情况见图l 、图2 及表1 。+ 重庆市建委资助项目( 熏建委函 1 9 9 7 1 2 2 3 号)3 6 7 篁十三届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文2 0 0 5 年a ) 试件3图1 试件简图b ) 试件4莲Il蛆且丑11 鬻龄碟王-J心 l幽选幽堕善萤- ，_叶l匿。I嵫嵫。| l小煳泌：蟠珊 瞧阻I 世刈恤I卜强墨=舢i 盈睦 且= L刖 l 柏枷。鲫l6 8 l6

5、0 06 舶图2 试件4 平面图及加载、测试装置图如图2 所示，试件边主梁的主跨为4 0 m ，并在其两侧的悬臂段端部通过压梁Y L l 的 作用而产生负弯矩，由此模拟连续边主梁中的支座负弯矩。边主梁的扭转约束通过边主梁 主跨支座处设置的支座约束梁T L 一1 、以及3 # 传感器处的压梁Y L 一2 和4 # 传感器处的混凝土 支墩来实现，并由对应传感器测定边主梁协调扭矩值。 从表1 可以看出，试件3 和试件4 的边主梁尺寸不同；而且在试件3 和试件4 中，一 端的边主梁B L 一1 和另一端的边主梁B L 一2 的区别在于B L 一1 多了梁侧受扭纵筋，且受扭箍 筋量多于边主梁B L -

6、2 。 试件3 、4 的整浇板厚度均为3 5 r a m 。由于试验中在试件3 的T L - 1 末端与整浇板相交处 产生了大致沿4 5 。方向向次梁发展的裂缝，故对试件4 的整浇板平面形状进行了适当调整， 即如图2 所示将纵向板边改为折线形。试件3 中的次梁采用f p y k - - - - 5 0 0 N m m 2 的冷拉I 级钢筋1 3 1 2 0 作为无粘结预应力筋。 该预应力筋在距次梁底5 0 m m 标高处沿直线布置，张拉控制应力为0 8 5 f p y k ，两端采用螺 丝端杆锚具。 试件4 中次梁的无粘结预应力筋采用f p t k - - - - 1 5 7 0 N m m

7、2 的1 2 1 s 5 碳素钢丝束，张拉控3 6 8 第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文制应力为0 7 0 f p t k ，张拉端采用弗式锚具，锚固端为镦头锚具。预应力筋呈抛物线布置， 在次梁跨中截面处预应力筋中心距次梁底5 0 m m ，至边主梁轴线处预应力筋穿过边主梁矩形 截面的形心，并沿抛物线在此点的切线延长至边主梁外边缘。 当试件3 的混凝土立方体抗压强度达到61N r a m 2 、试件4 达5 7 N m m 2 时张拉预应力 筋。为获取更多数据而采用了先拆底模后张拉的工艺，次梁跨中因此而在张拉前已开裂， 张拉完成后裂缝闭合。 正式试验加载时，试件3 的混凝土立方体抗

8、压强度为6 2N r a m 2 、试件4 为61N r a m 2 。 作为系列试验，试件3 、4 除了各试件内两根配筋不同的边主梁B L - 1 与B L - 2 的对比、 试件3 与试件4 的对比外，这两个带整浇板的试件还与前文的两个无整浇板试件形成对比。表1 试件截面、配筋表 、请毕请件4边主粱截面尺寸2 0 0 x 43 0 0 4次粱截面尺寸n u n1 5 0 31 5 0 x 3次粱上部纵筋2 2 1 62 2 1 6次粱下部纵筋2 2 1 62 2 1 6 次粱箍筋1 6 51 6 5B L - 1 上部纵筋2 2 1 83 2 1 8B L 一一1 下部纵筋2 2 1 82

9、 2 2 0B L - 1 粱侧纵筋2 2 1 22 2 1 4B L - 1 箍筋( 弯剪扭l l O 1 1 0 B L - 2 上部纵筋2 2 1 82 2 1 8B 0 2 下部纵镐2 2 1 82 2 1 6B L - 2 箍筋( 弯剪扭1 8 l1 8 1 52 2 试验装置1 ) 、加载装置 如图2 所示，对每根次梁各施加两个对称集中荷载。该集中荷载是由一个油泵带动两 个竖向出力的液压千斤顶，再经各次梁上方的一根分配梁将共计4 个集中力作用于次梁上， 并以其中一个千斤顶下的传感器控制加载。 2 ) 、力的测量 两根边主梁主跨的四个支座均为可调整水平状态的铰支座，铰支座的放置方向应

10、不限 制边主梁作为受弯连续梁的弯曲转动，各支座下的1 # 传感器用于测量支反力。 边主梁悬臂端的2 # 传感器置于压梁1 f L l 之下，以测量边主梁悬臂端部集中力的大小。 压梁Y L - 2 下的3 # 传感器及混凝土支墩上的4 # 传感器用于测量对应反力的大小，进而推算 出边主梁的协调扭矩。 3 ) 、挠度测量 在边主梁、次梁下均布置了位移计，以测量荷载下各点的挠度。次梁下的位移计布置见图2 。4 ) 、扭转角测量 为了测定边主梁的扭转角，在各主梁的两个支座之间各设置了4 个测扭转角的装置。 该装置( 见图3 ) 是在相应位置箍筋上焊接一根向上伸出梁外的短钢筋，再将一块5 0 0 m m

11、 X 5 0 m m X 5 m m 的钢板焊在短钢筋上。通过在不同高度抵在钢板上的两个百分表，可测 得钢板随边主梁扭转时两个测点的水平位移差，从而折算出相应的扭转角。3 6 9 第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文图3 扭转角测量装置5 ) 、钢筋、混凝土应变测量 边主梁的纵筋、弯剪扭段的部分箍筋上均布置有钢筋应变片测点；除在边主梁跨中、 支座的梁顶、梁底有混凝土应变片外，在边主梁弯剪扭段的两个侧面尚贴有应变花。 为测量预应力筋的应力，除在次梁跨中位置的预应力筋上贴有钢筋应变片外，还在次 梁预应力筋两端锚具处设置了传感器。此外，在次梁的纵筋、梁顶及梁底的混凝土表面也布置了测点。3 试

12、验现象图4 试件4 试验全景图本试验在重庆大学土木工程学院实验室进行m q m l ，图4 为试件4 的试验全景图。在描 述有关试验现象前，为叙述方便，本文作如下约定： 边主梁内侧是指边主梁两个侧面中距次梁跨中较近的一个，即扭矩、剪力所产生应力 迭加一侧；边主梁外侧是指边主梁侧面中距次梁跨中较远的一侧，即扭矩、剪力所产生应力反号一侧。 荷载值指各次梁加载点的后加集中荷载值。由于试验中难以将所有加载点荷载精确同步，此荷载值实为加载控制点的荷载值。 弯剪扭段指各支座处由边主梁约束梁( 图2 中T L - 1 ) 至相应边主梁、次梁交点之间的边主梁区段。3 1 试件3在第1 级荷载3 k N 作用下

13、，次梁跨中消压而重现张拉前的裂缝。加载至1 0 k N ，支座3 弯剪扭区段内侧出现斜裂缝，裂缝与边主梁纵向约成4 5 ，并贯通内侧面而延伸至底面。 随后，支座2 、支座1 、支座4 的弯剪扭区段分别在荷载为1 1 5 k N 、1 4 5 k N 、1 6 k N 时先后 出现约4 5 的裂缝。其中，支座4 的斜裂缝出现后即按扭转斜裂缝的趋势延伸至B L - I 外侧， 支座3 的斜裂缝同时延伸至B L - 2 外侧。随着支座1 与支座2 的斜裂缝在荷载为1 7 5 k N 时3 7 0 第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文延伸至边主梁外侧，边主梁各弯剪扭区段的内外侧都已开裂。此后的

14、裂缝发展过程中，B L 一1 体现出类似于适筋梁的特点，其裂缝细而密；而B L 一2 则更接近于少筋梁，其裂缝数量少 但主裂缝发展快、宽度大。 至荷载为2 6 k N 时，四个支座附近的整浇板面均出现裂缝，裂缝与边主梁轴线约成4 5 ， 该裂缝主要是因边主梁约束梁T L - 1 的转动受到支座处4 # 传感器下混凝土支墩的约束而与 整浇板产生竖向位移差所造成的。加载至4 4 k N 时，次梁支座顶部出现弯曲裂缝，边主梁 跨中底部出现弯曲裂缝并延伸至截面高度的中部。至此，试件3 所有构件各部位均已开裂， 边主梁的裂缝展开图见图5 。a ) 边主梁B L - 1lU7以 I 么ff f U1蝴，

15、要妒I f| ，l黜ll 盯j彻b ) 边主梁B L - 2 图5 试件3 裂缝图F i g 5C r a c kp a t t e r n so ft h e2 n ds p e c i m e n 至5 1 5 k N 时，支座3 附近的箍筋、内侧顶部纵筋屈服，外侧底部混凝土压碎，B L 一2 发生斜弯曲破坏，整个试件随即破坏。此时，支座2 和支座3 附近边主梁各有一条空间螺 旋主裂缝，其宽度超过1 0 m m ，两侧的边主梁发生较大错位。次梁和板的挠度也已非常明显， 次梁跨中挠度超过6 0 m m 。支座附近的整浇板板面裂缝已经延伸至边主梁，其主裂缝宽度已 经超过5 m m ，整浇板在其

16、与边主梁约束梁T L 一1 相交处上下错开。3 2 试件4加载至2 7 k N 时出现的第一批裂缝，其中包括：靠近支座3 的B L 一2 弯剪扭区段内侧的 4 5 斜裂缝、B L - 1 与C L - 2 相交点处的边主梁外侧裂缝、B L l 及B L 一2 正弯矩区段的底部弯 曲裂缝。至2 8 5 k N ，在B L - 1 、B L - 2 与c L 一1 相交处弯剪扭区段一侧的边主梁底部出现斜向 裂缝。继续加载至3 0 k N 时，B L - 1 与C L 一2 相交点处的边主梁外侧裂缝斜向延伸至支座4 弯 剪扭区段的内侧。当荷载达3 3 k N 时，两根次梁跨中弯曲裂缝重新出现，且支座3 、支座4 边主梁弯剪扭区段内侧各有一条斜裂缝贯穿整个侧面，同时上述两支座的整浇板面出现 4 5 。斜向裂缝并由支座处延伸与次梁2 相交。 以公 ) 心 、弋心衫勿歹历 、。黔。、兹鬣f ) J j 、吼If以|