钢筋桁架楼承板高温条件下力学性能试验研究

姚伟豪，王立欢，符修育，白玲，陈俊言，林贵鹏

（1.中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100000；2.中国建筑第二工程局有限公司，北京 100000）

1 引言

现代社会， 人们对于房屋节能环保方面的性能与住房建造速度等都提出了更高的要求。 同时随着城市化进程的推进，建筑行业必须优化传统的现场扎筋、支模、浇筑等工序，也就是更多地采用预制装配式的建筑形式[1]。这种建筑形式的优势是显而易见的：首先，能够大大减少混凝土工程量与模板工程量，省去搭设吊篮与脚手架等工序，使现场作业更加干净；其次，这种模数化设计的建筑能够使建筑寿命得到有效延长；最后，这种建筑在提升生产效率与工程质量的同时，安全隐患较少。 可以说这种建筑形式是一种必然的发展趋势。 其中，钢筋桁架楼承板是预制装配式建筑的一种新型楼板体系。 对于楼承板高温条件下力学性能试验的研究， 目前整体研究成果较少，多为常温条件下楼承板的力学性能试验研究。 只有小部分学者尝试了在高温条件下对楼承板实施力学性能测试， 涉及的测试项目包括抗弯曲性能测试、抗剪性能测试等[2]。 现综合以上研究成果， 结合楼承板耐火性能测试条件对钢筋桁架楼承板进行高温条件下的力学性能试验。

2 材料与方法设计

2.1 试件设计与制作

制作24 个钢筋桁架楼承板预制试件， 并将其分为两组，每组12 个试件，编号分别为A1～A12 和B1～B12[3]。

两组试件的具体设计参数见表1。

表1 两组试件的具体设计参数

2.2 试验方法设计

对制作的24 个钢筋桁架楼承板预制试件进行压力极限荷载测试。 在压力极限荷载测试中， 设计的加载方案具体如下：设计一种简支梁加载方案，为确保预制试件能够在水平方向上自由移动，在预制试件的一端设置一个滚轴支座。 接着在预制试件上均匀铺设荷重块，对均布荷载进行模拟[4]。

制作另外24 个试件，进行抗拉伸性能测试。 在抗拉伸性能试验中，设计一种拉伸加载装置，由螺杆、T 形钢板、钢筋、U形钢板、连接件以及螺钉构成。 装配装置时，利用螺钉将T 形钢板与连接件下部连接，在连接件内放置试件，并使试件穿过U 形钢板上之前预留的洞口。在U 形钢板上部焊接一个螺杆，在试验时将上端螺杆加紧固定， 使U 形钢板得到固定。 利用300 kN 电子万能试验机对下端T 形钢板进行牵拉。

继续制作24 个试件，进行抗弯曲性能测试。 在测试中，使用的仪器是YJ-ⅡD 型力学组合实验装置，通过液压加载油缸与手动油泵提供试验荷载， 利用DH3815N 16 通道应变测量仪对试验数据进行采集。 利用该装置对试件进行受弯试验，不断增加试件中间的荷载量，观察试件何时出现弯曲变形。

再制作24 个试件，进行抗剪性能测试。 在测试中，使用竖向力加载剪力测试装置。 该装置由200 t 荷载传感器、千斤顶底座、带孔钢梁（两个）、200 t 千斤顶、36 mm 精乳螺纹钢筋（4个）构成，量程在1 500 kN 以上。

在以上加载过程中，首先需要对试件实施预加载，以检查装置是否能够正常工作。 确定装置正常后，卸载试件开始正式加载；当装置有问题时，需要对装置进行检查。 预加载时，应将加载值控制在弹性范围内， 也就是不超过试件极限承载力的0.2 倍。

采用分级加载法施加荷载，分级加载值为5 kN。每加载完一级，等待10 min，当荷载值稳定后正式开始读数[5]。

在放试件前，利用框架式加热器对试件进行加热，创造测试中的高温条件，将加热温度设置为350 ℃，与建筑起火后的温度接近。 分别对加热后的试件实施极限荷载测试、抗拉伸性能测试、抗弯曲性能测试、抗剪性能测试。

3 试验结果分析

3.1 压力极限荷载测试结果

对于制作的24 个试件，其高温条件下的压力极限荷载测试结果见表3。

表3 极限荷载测试结果

由表3 可知，A 组中A1-A3、A4-A6、A7-A9 的压力极限荷载为150 kN，A10-A12 的压力极限荷载为145 kN；B 组中B1-A3、B7-B9、B10-B12 的压力极限荷载为160 kN，B4-B6的压力极限荷载为155 kN。 总体来说，在高温条件下，两组试件的抗压能力都较强，压力极限荷载均大于140 kN。但相比之下，B 组试件在高温条件下的压力极限荷载大于A 组的压力极限荷载，也就是B 组试件的整体结构更加抗压，而A 组试件的整体结构抗压能力稍有欠缺。

3.2 抗拉伸性能测试结果

在高温条件下对24 个试件进行抗拉伸性能测试后，变形临界荷载值与断裂临界荷载值测试结果具体见表4。

表4 临界荷载值测试结果

由表4 可知，整体来说，在高温条件下，A 组试件的变形临界荷载值与断裂临界荷载值更高， 而B 组则稍低， 说明A组试件钢筋的抗拉伸能力更强。

3.3 抗弯曲性能测试

在抗弯曲性能的测试中，24 个试件在高温条件下的弯曲变形荷载值测试结果具体如图1 所示。

图1 高温条件下的弯曲变形荷载值测试结果

由图1 可知，在高温条件下，A 组试件的弯曲变形荷载值整体高于B 组试件，说明A 组试件钢筋与结构的抗弯曲性能优于B 组。

3.4 抗剪性能测试结果

最后在高温条件下进行24 个试件的抗剪性能测试，测试结果具体见表5。

表5 抗剪性能测试结果

由表5 可知， 两组试件在高温条件下的抗剪性能比较出色， 均大于225 kN。 同时两组试件的剪切破坏荷载值大致相似，说明两组试件的抗剪性能差异不大。

4 结语

钢筋桁架楼承板是一种新兴的预制装配式建筑楼板体系，随着预制装配式建筑的发展逐渐受到了瞩目。 通过对钢筋桁架楼承板高温条件下的力学性能进行测试， 证明了钢筋桁架楼承板有良好的耐高温性能与力学性能， 有利于钢筋桁架楼承板的应用推广。 在试验中，分别测试了构件在高温条件下的4 种力学性能， 并对各项性能的测试结果进行了详细的分析，取得了全面的研究结果。 今后将会对预制装配式建筑的其他构件进行力学性能方面的深入研究，提高各种构件的性能，使预制装配式建筑的发展更加迅速， 早日实现这种现代化建筑种类的普及，为建筑领域与环保领域做出贡献。