HPFL预制空心楼盖板整体性研究*

尚守平,杨 芳

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

HPFL预制空心楼盖板整体性研究*

尚守平†,杨 芳

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

通过3种工况模拟地震作用下板下墙体的破坏，研究高性能水泥复合砂浆钢筋网(HPFL)薄层作为板的叠合层对预制空心楼盖板整体性加固的效果.试验结果表明，板下不同位置支撑墙体破坏后，试件按空心板横向悬挑板受力，板端部产生向下挠曲，空心板横向悬挑长度为2块板宽(1 000 mm)，叠合层与空心板未发生剥离；HPFL作为预制空心板的叠合层能有效提高预制空心楼盖板的整体性，使空心板在水平面的2个垂直方向都连续，成为水平面内任意向刚度接近无穷大的横向构件，使得结构的整体性及抗震性能得到保证.

HPFL；加固；预制空心板；整体性

建国以来，预制空心板以价格低、无需支模、施工快捷等优点在我国大规模工业化生产应用，在历史上为我国的建设发展做出重要贡献.但装配式预制空心楼盖板是单向受力的离散式楼盖，地震时容易分散塌落.据不完全统计[1]，我国现役的预制空心楼盖板接近40亿m2，全部拆除重建难度大，因此对这些房屋进行加固是必要的.

在多次地震中，预制混凝土空心板楼盖的破坏可以归纳为[2-3]以下三点：1)楼盖板整体性差，导致楼盖板在地震作用下分散塌落; 2)在砌体结构中, 砌体倒塌导致预制空心板分散坠落; 3)由于上部重物塌落, 预制板被折断而坠落.

目前，预制空心板加固技术多用于楼面承载力不足的加固，分为粘贴纤维复合增强材料加固法[4]、粘贴钢板加固法[5]、高性能水泥复合砂浆钢筋网加固法[6]、粘贴竹板加固法[7]等.对于整体性的加固，王凤来等[8]在空心板板长方向用钢筋进行捆绑、张拉, 在一定程度上能增强空心板的整体性，但绑扎的钢筋与空心板之间仅靠钢筋与边板的锚固，中部预制板与钢筋的连接无保障，板与加固层易发生剥离.韩明飞[9]在预制板屋面增加角钢，能增强水平构件和竖向构件的连接；但未对板本身整体性进行加固，且角钢造价高，不太适用于农村地区.胡克旭等[10]在单块空心板顶铺设C40混凝土，配置双向钢筋，开裂荷载提高49%，但未对多块拼装预制板整体性进行研究.

综上所述，预制板的加固缺乏对板整体性的系统加固.为了研究HPFL加固预制空心板整体性的可行性，在湖南大学结构实验室进行2组不同宽度的预制空心楼盖板HPFL加固；考虑地震作用的不确定性，模拟板下支撑系统不同位置的破坏，通过试验结果对比分析HPFL叠合层与预制空心板各板的挠度、开裂荷载、剥离情况等，研究HPFL加固预制空心楼盖板的整体性的效果.

1 试验方案

1.1 试验目的

通过对两组拼装而成的预制混凝土空心楼盖板进行不同宽度的HPFL加固，模拟地震作用下不同位置板下支撑系统的破坏.通过观测各板的挠度，验证HPFL作为叠合层能否使拼装的预制空心板整体化，增强板的整体性.

1.2 试件制作

试验分为2组，编号为PCHP-1和PCHP-2，每组试件由4块2 100 mm×500 mm×120 mm预制空心板购成品拼装成2 100 mm×2 000 mm×120 mm的楼盖板.图1和图2为PCHP-1和PCHP-2叠合层铺设示意图，叠合层具体参数见表1,表2和表3为不同砂浆配合比及材性试验值.

砌筑两面轴线间距2 100 mm，高600 mm的24墙， 预制空心板与墙半搭接，如图3(a)所示.在铺设HPFL条带处的板面使用凿毛墩头对板面凿毛，粗糙度满足Ⅱ级粗糙度[11]，铺设素混凝土砂浆处的板面无需处理.在如图3(b)所示位置钻孔，孔洞直径约为8 mm，孔深65 mm，清理、润湿孔洞后使用无机植筋胶植入剪切销钉[11-12]，如图3(b)和(c)所示.无机植筋胶强度达到要求后，将钢筋网和剪切销钉用铁丝绑扎、固定.根据图1，满铺20 mm厚的HPFL叠合层；根据图2，在板长方向铺设两条各600 mm宽的HPFL条带叠合层，中间部分铺设20 mm厚的水泥砂浆叠合层，室温下养护14 d.(14 d叠合层砂浆即已达到实验要求).养护7 d时，空心板按图4砌250 mm高，60 mm宽的砖槽.

图1 PCHP-1 叠合层铺设示意图

图2 PCHP-2 叠合层示意图

表1 叠合层具体参数Tab.1 Special parameters of composite cover

表2 叠合层砂浆强度和配合比

Tab.2 The mix proportion and mortar strength of composite cover

砂浆种类42.5#普通水泥砂(D≤0.25)外加剂水HPFL1.002.200.180.32素水泥砂浆1.005.0300.79

图3 试件制作细部示意图

表3 材料力学性能Tab.3 Mechanical properties of materials

1.3 试验工况

试验分为3个工况：工况1为模拟板上活荷载，采用沙土进行4级加载(如图4(a)所示)，观测板长方向的挠度和各板裂缝发展情况.工况2为模拟地震作用下边板板下支撑系统破坏，掏空图4(b)所示的墙体.工况3在工况2的基础上掏空如图4(c)所示墙体，模拟中间2块板下支撑系统破坏.图4(d)所示为各工况下测点布置图，测点均布置在板底.

图4 工况及测点示意图

2 试验结果及分析

2.1 试验结果对比分析

从图5，图6和图7可看到，在活荷载考虑2倍动力系数下，PCHP-1和PCHP-2三种工况下各测点的挠度值相近，叠合层和空心板未发生剥离或滑移，且任一空心板未发生分散坍塌的现象，试件的叠合层和空心板仍为一个整体.说明HPFL叠合层能有效地增强空心板的整体性.

各工况下观测试件板底裂缝,试验结束后观测板面叠合层裂缝,均未发现肉眼可视裂缝(如图8所示).

工况1各测点

试件测点

图7 工况2,3试件挠度

图8 各试件表面裂缝

2.2 有限元模拟结果对比

采用Abaqus进行有限元模拟，预制空心板和HPFL叠合层采用Solid三维实体单元，钢筋采用 Truss 单元，空心板、叠合层采用混凝土损伤塑性模型，板圆孔采用正方形空洞替代，不考虑板缝之间砂浆填充的作用.通过有限元模拟分析，有限元云图如图9所示.由表4可以看出，试验所测空心板的挠度值与有限元模拟的挠度值吻合良好.由于HPFL的作用，在板件上部受拉的受力状态下，板件破坏有一定的征兆，并非地震中的墙体一塌板即坏的现象，说明HPFL叠合层能有效改善预制空心板脆性破坏特性，增加结构的延性.

在2倍动力荷载系数下，叠合层HPFL钢筋网未达到屈服极限、砂浆层未发生裂缝，且试验最大弯矩值只达到了试件开裂弯矩值的67%(见表5).说明使用HPFL加固预制空心楼盖板能在增加板的刚度的同时增强板的承载力.

图9 有限元分析图

表4 挠度试验值与计算值对比Tab.4 Final deflection compare between test values and calculated values mm

表5 试件的开裂弯矩值与计算值对比

Tab.5 Compare between calculated cracking moment values and test cracking moment values

试件编号最大弯矩试验值/(kN·m)开裂弯矩计算值/(kN·m)试验最大弯矩与开裂弯矩的比值PCHP-10.8783.511.8257.30.480.48PCHP-20.8783.511.35.20.670.675

3 结 论

高性能水泥复合砂浆钢筋网(HPFL)薄层作为预制空心楼盖板的叠合层，能有效地使楼板整体化,在板下支撑系统受损、破坏下，仍作为一个整体，是解决空心板致命弱点的廉价施工方法.

1)预制装配整体化楼盖由于HPFL的作用，不会因局部支座失效导致楼板塌落.

2)HPFL叠合层增强预制空心楼盖板在水平面2个垂直方向的刚度，使得该楼盖房屋可以抵御水平面2个垂直方向的地震作用.

3)预制装配整体化楼盖的施工无需支模板，因此造价低廉，施工简捷.

4)HPFL作为预制空心楼盖板的叠合层为预制空心楼盖板再次使用和地震区原有房屋的加固提供了一种廉价、高效、安全有效的加固技术.

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Integrity Research on Precast Concrete Hollow Slabs

SHANG Shou-ping†, YANG Fang

(College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)

The reinforcement effect of the high performance ferro-cement laminates (HPFL) was investigated as composite covers of precast concrete hollow slab on the integrity of precast concrete hollow slabs by three conditions under simulated earthquakes action. The results have shown that slabs and composite covers have not debonded after the destruction of the supporting wall at different locations, even two hollow slabs cantilevered at lateral. As the composite cover of precast hollow plate, HPFL can effectively improve the integrity of precast hollow floor slab, make hollow slab continuous at two vertical directions of horizontal direction, and any stiffness of the horizontal components in this plane approaches infinity, so that structural integrity and earthquake resistant performance of hollow slabs are guaranteed.

HPFL；strengthening; precast concrete hollow slab; integrity

2014-10-28

国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAJ08B02)

尚守平(1953-)， 男，山东黄县人，湖南大学教授，博士生导师

†通讯联系人，E-mail:sps@hnu.edu.cn

1674-2974(2015)11-0095-05

U448.32

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