预制构件结构性能试验研究

周雅萍

（江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 南京 210028）

0 引言

目前，预制构件结构性能试验主要对象为预制混凝土楼梯、叠合梁、叠合板，主要用于民用建筑，少数厂房等工业建筑、地铁轨道平台也有采用预制构件。常见预制混凝土构件如图 1～6 所示，预制构件装配于工程现场后进行的荷载试验如图 7、8 所示。

图1 预制混凝土叠合板（叠合前）

图7 叠合板现场荷载试验

本文以预制混凝土双 T 板结构性能试验为例，为实际工程中该类预制构件性能检验评定提供依据，并在此基础上结合其他类型预制混凝土构件的结构性能试验成果，提出结构性能试验的重点、难点及合理建议。

图2 预制混凝土叠合板（叠合后）

图3 预制混凝土楼梯

图8 轨道疏散平台板现场荷载试验

1 双 T 板结构性能试验

1.1 试件支承形式

试验采用简支支座，在肋梁底部一端采用滑动支座，一端采用铰支座［1］，分别在两个肋梁的中心线跨中、支座处布置 3 个百分表，共布置 6 个百分表。双 T 板现场照片如图 5 所示，其几何参数示意图如图 9 所示。

图5 预制混凝土双T板

图9 双 T 板几何参数示意图（单位：mm）

1.2 检验荷载的确定

设计单位提供了双 T 板荷载试验设计参数（见表 1）。

表1 双 T 板荷载试验设计参数

1.3 加载方法

本次结构性能试验采用在预制混凝土双 T 板上堆放混凝土块作为配重（见图 5）进行均布加载，采用分级加载制度。当荷载小于标准荷载时，每级荷载不大于标准荷载的 20 %；当荷载大于标准荷载时，每级荷载不大于标准荷载的 10 %。

加载过程中，每级加载完成后持续 10～15 min，在标准荷载作用下，持荷 30 min；并在持续时间内，观察构件裂缝的出现和开展等；在持续时间结束时，观察并记录所布置测点变形值和裂缝开裂情况，然后进行下一级加载，直至试验结束。

1.4 挠度检验

试验得到双 T 板在各级试验荷载作用下的挠度实测值（见表 2）。根据现场检测结果，在对应荷载标准组合值加载结束时，该预制混凝土双T板挠度实测值为 20.59 mm，考虑板自重部分的挠度值，计算得荷载标准组合值作用下的构件挠度值为 34.86 mm。根据GB 50204－2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》第 B.1.3 条计算挠度允许值为38.05mm，故挠度检验通过。

表2 双 T 板在各级试验荷载作用下的挠度实测值

1.5 抗裂检验

现场对预制混凝土双 T 板在标准组合试验荷载作用下观测其是否产生新裂缝，并对新产生的裂缝宽度进行测量。在试验加载前及结构性能试验过程中，分别对该预制混凝土双 T 板板底及肋梁的裂缝情况进行检查，经检查：试验加载前，该构件跨中区域板底及肋梁两侧均未见明显裂缝；试验加载过程中至试验结束后，该构件跨中区域板底及肋梁两侧均未见明显新增裂缝，其余区域均未见明显新增裂缝。

根据现场检测结果，试验加载过程中至试验结束后，该构件未见明显新增裂缝。根据 GB 50204－2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》第 B.1.4 条，该预制混凝土双T板开裂荷载实测值（不包括自重）＞650 kN，计算得该构件的抗裂检验系数实测值＞1.05，而该构件的抗裂检验系数允许值为 1.04，故抗裂检验通过。

2 试验重点分析

对于预制混凝土楼梯、T 型板等成品构件，结构性能试验相对成熟。通常根据工程实际状况下的设计恒、活载条件（由设计单位出具），进行分级加载，根据各级荷载下的挠度实测值及裂缝情况进行挠度检验、裂缝检验，如前所述。此类结构性能试验的重点包括三方面内容。

一是外加荷载的确定及加载制度。最后一级加载值通常为检验荷载，根据荷载检验系数及设计恒、活载进行计算确定。加载制度需确定加载的分级，在规范规定的每级荷载的限值基础上，结合必要的中间校核点（如挠度检验、抗裂检验、裂缝检验）进行实际分级。此外，亦需根据现场条件，即现场配重形式（水、沙袋、荷重块）确定，保证堆载的可操作性。在堆载问题上，需将构件自重排除在外。

二是试验支撑条件的确定及试验支座的准备。对实际工程中受力单一、可简化为单跨简支情况的构件，只要提供满足规范条件要求的简支支座（见图 5），并保证支座足够的刚度，减小支座不均匀沉降影响，结构性能试验方便开展；如预制混凝土楼梯此类斜放的构件，为方便开展试验，可采用平放，并在此基础上根据等效原则（通常为弯矩等效原则）进行外加荷载等的换算，可将复杂问题简单化，避免为模拟工程中楼梯的斜度而需特别定制各类支座的麻烦；对于四边支承的构件（见图 6），建议根据实际支承条件特别制作支座进行试验，或者要求设计单位根据简支条件模拟换算，给出简支下的荷载、裂缝、挠度换算及评判指标，从而仍采用简支进行试验。

图6 钢骨架轻型板

三是试验过程中荷载反映的观察。包括变形、裂缝观测及承载力检验指标的观察。试验初期构件反映小、相对稳定，当构件开裂后，可放缓加载速度，及时观察，当临近破坏时，更要放缓加载速度，及时调整，并要确保一定的安全性。

3 试验难点分析

目前，结构性能试验难点主要针对预制混凝土叠合梁、板（见图 1、图 4），主要矛盾的焦点有 3 点。

图4 预制混凝土叠合梁

一是叠合梁、板均是半成品，是否有必要进行结构性能试验，如果进行结构性能试验，应该怎么开展，相关规范均没有明确的规定，或无完全契合的条款可用。

二是半成品的受力状态与成品存在差异，故试验荷载非工程设计荷载，而仅仅是模拟其施工状态，即实验考虑的是施工过程的临时支承（横向支撑或双向满布支撑等，甚至有专项的施工方案）、临时支护及施工荷载，是对施工的安全性的验证，对工程意义不大。

三是对于叠合梁等顶面操作面狭窄的构件，不宜堆载，往往采用集中荷载（千斤顶加载）的方式进行试验，通常是根据等效原则（弯矩等效或是挠度等效）进行，与梁实际承受均布荷载的情况存在较大差异。

鉴于上述原因，构件生产厂家、施工单位、设计单位对叠合梁、板的结构性能试验普遍持反对态度，但是各地质监站根据管理规定要求必须进行上述构件的结构性能试验，存在一定的矛盾。

4 结论

以预制混凝土双 T 板结构性能试验为例，结合各类型预制混凝土构件的结构性能试验成果，在分析试验重点及难点基础上，为方便开展结构性能试验、保证试验结果的合理性，本文提出以下 4 点建议。

一是把握项目前期控制，跟施工单位、设计单位沟通并确定好试验方案。跟施工单位主要沟通前期的支座准备、构件准备、堆载准备；跟设计院沟通确认设计参数、堆载方案、加载制度。

二是针对叠合构件，建议进行叠合后的检验而非叠合前。即在被检构件叠合面以上浇筑好现浇层，达到龄期或混凝土达到设计强度后进行叠合后的结构性能试验，此时的荷载参数等取值参照工程实际设计条件。此种做法不利之处为时间周期相对较长，厂家、施工单位不一定能接受，建议采用蒸压养护等早强方法缩短周期。

三是针对规范要求的破坏性试验，需经过各方认可，如设计等单位不同意进行破坏性试验，需要求其出具说明，以闭合质监站等部门对于试验完整性的要求。

四是根据实践经验，大跨及薄壁构件试验的风险性较普通构件高，对此类构件，既要确保堆载方案特别是检验荷载的准确性，又要加强试验的过程控制，重视程度应较普通构件提高。