装配预制梁抗弯承载力试验研究
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2
b × h × l / mm 148 148 143 147 × 201 × 204 × 202 × 201 ×2 ×2 ×2 ×2 399 398 398 400
As ' / mm
2
箍筋 6@ 150 6@ 150 6@ 150 6@ 150
混凝土 加载剪 强度 / 跨比 MPa 29. 5 29. 5 29. 5 29. 5 3. 03 3. 03 3. 03 3. 03
表1 Table 1
试件 ZP － YZL － 1 ZP － YZL － 2 ZP － YZL － 3 ZJ － DBL － 1 图2 Fig． 2 装配预制混凝土梁截面配筋 Sectional reinforcement of prefabrication and assembly beam
试件实际尺寸、 配筋、 混凝土实际强度及剪跨比
企口位置 （ 距离端部） / mm 左 852 621 343 — 右 849 661 341 —
Dimensions，reinforcements，concrete strength and shearspan ratio of specimens
企口尺寸 a × d × c / mm 左 94 × 105 × 107 101 × 94 × 103 82 × 105 × 121 — 右 109 × 98 × 92 102 × 99 × 102 103 × 106 × 98 — 预制段 与总长 比值 / % 29. 10 46. 64 71. 48 — As / mm
［2 ］ ［1 ］
制作装配预制混凝土梁 ， 并进行抗弯承载力试验 ， 研究预制段 长 度 对 梁 开 裂 荷 载 、 极限荷载的影响 规律 ， 研究企 口 的 受 力 性 能 及 装 配 预 制 梁 的 抗 弯 承载力 、 变形性能 。 1 节点现浇中间预制装配式混凝土结构
节点现浇中间预制装配式混凝土结构是主要 承重构件梁 的 中 间 部 分 预 制 ， 两端连同节点现场 浇筑的装配整体式钢筋混凝土结构 。 构件中间预 制部分在工 厂 制 作 ， 混凝土浇筑后在标准条件下 养护 ， 使其达到设计强度 ， 两端留出足够长度的锚 固钢筋以便现场与节点钢筋锚固 。 中间预制部分
226 226 226 226
157 157 157 157
注： b 为截面宽度； h 为截面高度； l 为截面长度。
表2 Table 2
钢筋 类型 受拉钢筋 箍筋 架立筋 钢筋直径 / mm 12 6 10
钢筋的力学性能
屈服强度 / MPa 387. 00 369. 58 364. 23 极限强度 / MPa 543. 70 498. 74 487. 24 弹性模量 / MPa 2 × 10 5 2 × 10 5 2 × 10 5
根据试验所研究的内容， 共设计制作 4 根试验 梁， 其中 3 根为中间预制长度不同的装配预制梁， 1 根整浇的对比梁。所有试验梁尺寸均为 150 mm × 200 mm， 长度为 2. 4 m， 计算跨度为 2. 1 m。截面设计 及配筋如图 2， 试件尺寸、 配筋、 混凝土实际强度及加 载剪跨比如表 1 所示， 钢筋的力学性能如表 2 所示。
［3 ］
， 2013 年上海城市建设设计研究总院 。
设计的叠合梁板全预制柱结构等
主要特点是 本文介绍 的 装 配 式 混 凝 土 结 构 ， 结构的主要 承 重 构 件 的 中 间 部 分 预 制 ， 两端及其 与节点连接部分现浇 。 根据此种构件的受力特点
Industrial Construction Vol. 45 ， No. 2 ， 2015
EXPEＲIMENTAL STUDY ON FLEXUＲAL CAPACITY OF PＲEFABＲICATION AND ASSEMBLY BEAM
Sun Wenbin Tian Hongbin Wang Jinli
（ College of Civil Engineering and Architecture，Liaoning Technical University，Fuxin 123000 ，China） Abstract： In order to investigate the flexural capacity and deformation performance of prefabrication and assembly beam，three prefabrication and assembly beams and one castinplace ＲC beam were fabricated and the flexural capacity tests of ＲC beams were carried out． The mechanical properties of prefabrication and assembly beam with castin dappedend connections were analyzed． The results showed that the failure mode and deformation of the prefabrication and assembly beam could meet the design requirements，cracking load and ultimate load were basically the same as the castinplace ＲC beam． Based on test data，the suitable range of the length of the precast section of the prefabrication and assembly beam was found out． Keywords： prefabrication and assembly beam； flexural capacity； deformation performance； failure mode； length of precast section
a—装配预制梁； b—企口 1 —预制段； 2 —现浇段； 3 —企口； 4 —纵筋； 5 —箍筋 图1 Fig． 1 装配预制混凝土梁 Prefabrication and assembly beam
此种结构不仅能够保证结构的整体性、 稳定性 和安全性， 同时又克服了全预制装配结构由于节点 连接导致的抗震性不足等缺点， 适用于多高层住宅 ［7 ］ 建筑， 有利于推动住宅产业的发展 。
工业建筑 2015 年第 45 卷第 2 期
57
的两端设计成企口形式 （ 见图 1b ） ， 这种形式能够 使装配预制梁的新 、 旧混凝土有一个过渡区域 ， 减 少新 、 旧混 凝 土 连 接 对 梁 力 学 性 能 的 影 响 。 装 配 预制梁的具体形式见图 1a 。
2 2. 1
试验概况 试件设计与制作
a—纯弯段企口处裂缝； b—弯剪区企口处裂缝 1 —企口； 2 —裂缝； 3 —应变片 图5 Fig． 5 企口处裂缝 Cracks in dappedend connections
变较小， 钢筋和混凝土由于有黏结力的作用共同受 力。此时， 各个位置企口均保持良好受力状态 ， 没有 裂缝出现。当荷载达到开裂荷载值后， 在纯弯段出 现短而细小的裂缝， 方向基本与中和轴垂直， 裂缝长 度为 2 ～ 3 cm。 随着荷载逐渐增大， 纯弯段其他处 也相继出现新裂缝， 之后在企口处和弯剪区也有裂 缝产生， 企口处裂缝发展速度较快。 弯剪区的垂直 裂缝发展到一定长度后， 形成向加载点发展的斜裂 缝。当荷载达到一定值时， 纵向受拉钢筋屈服， 钢筋 应变加快增长， 裂缝快速向上发展， 宽度也随之增 大， 最终形成几条竖向主裂缝。同时， 中和轴迅速上 移， 受压区混凝土面积持续减小， 导致混凝土压应力 明显增大。继续施加荷载， 受压区混凝土达到极限 ， ， 压应变 混凝土被压碎 试验停止。 节点现浇中心预制混凝土结构的装配预制梁与 整浇对比梁的破坏过程及特征基本相同 ， 符合适筋 梁正截面受弯破坏机理， 即纵向受拉钢筋屈服、 受压 区混凝土压碎而破坏。破坏之前， 钢筋屈服， 导致试 验梁产生较大塑性变形， 引起裂缝急剧发展， 跨中挠 度迅速增大。装配预制梁破坏前有明显征兆， 符合 适筋梁 “延性破坏” 的特征。 企口位置一旦出现裂缝后， 裂缝发展相对较快， 但最终竖向主裂缝没有在企口处产生。企口在纯弯 段时， 主裂缝在企口两侧 （ 见图 5a ） ， 企口在弯剪区 时， 企口处出现经典斜裂缝（ 见图 5b） ， 两种情况下企 口处都没有出现贯穿主裂缝。企口整体性完好， 裂缝 开展情况与对比梁基本相同， 无明显破坏现象。说明 预制混凝土与现浇混凝土之间连接完好， 保证了装配 ， 预制梁的整体性 达到了新旧混凝土共同工作、 共同 受力的效果。装配预制梁裂缝整体展开形态如图 6。
Mechanical properties of steels
2. 2
测点布置、 加载方案和观测方法 1 ） 试件制作完成养护达到规定强度后， 在装配 、 预制梁和对比梁的跨中 企口处表面粘贴混凝土应
图3 Fig． 3
混凝土应变片布置 Positions of strain gauges
变片， 应变片尺寸为 5 mm × 80 mm， 电阻为 120 Ω， 具体粘贴位置见图 3 。 2 ） 加载方案和观测方法。 为研究节点现浇中 间预制结构装配预制梁的力学性能及其与预制段长 度关系， 试验采用两点对称加载， 试验梁的受力包括 ， 如图 4 所示。 试验加 载装置由上下两个固定钢筋混凝土底座组成 ， 上部 弯剪型和纯弯型两种形态 底座为两个滚动支座， 用以确保试验梁为简支状态。 滚动支 座 与 试 验 梁 之 间 放 有 200 mm × 80 mm × 20 mm 的钢板， 防止支座混凝土被压缩产生竖向位 移， 加大挠度测量误差。 试验梁上部依次为荷载分 58
［ 9 ］
调整为开裂荷载的 5% ， 当发现混凝土表面出现裂缝 时， 读取开裂荷载值并记录。混凝土开裂后， 施加荷 载每级约为极限荷载计算值的 15% ， 当施加荷载达 到极限荷载计算值的 90% 后， 每级荷载改为该值的
［ 10 ］ 5% ， 并结合位移控制法加载至试验梁发生破坏 。
3 3. 1
试验过程及结果分析 破坏过程 加载初期， 荷载较小， 钢筋和混凝土的应力、 应
装配预制梁抗弯承载力试验研究
孙文彬 田洪斌 王锦力
（ 辽宁工程技术大学建筑工程学院 ，辽宁阜新 123000 ） 摘
*
要： 为研究装配预制梁抗弯承载能力和变形性能 ， 制作 3 根装配预制梁及 1 根对比梁进行混凝土梁
的抗弯承载力试验研究 ， 分析不同现浇企口连接的装配预制梁力学性能 。 研究表明， 装配预制梁的破坏形态 及变形能力满足设计要求 ， 开裂荷载和极限荷载与整浇对比梁基本相同 ， 同时根据试验数据找出了装配预制 梁的预制段长度的适宜范围 。 关键词： 装配预制梁； 抗弯承载力； 变形性能； 破坏形态； 预制段长度 DOI： 10. 13204 / j． gyjz201502013
［8 ］
图4 Fig． 4
加载装置 Loading setup
配梁、 压力传感器和千斤顶。荷载由千斤顶施加， 由 压力传感器控制。 压力传感器和应变片通过与应 力 － 应变数据采集仪连接获得数据。在梁的跨中安
工业建筑 2015 年第 45 卷第 2 期
放百分表， 测量跨中挠度。 根据试验方案、 加载模式以及钢筋和混凝土实测 强度， 计算试验梁的开裂荷载和抗弯极限承载力并确 定加载 时 的 各 级 荷 载 值， 以便对试验进行加载控 制 。混凝土开裂前， 每级荷载约为开裂荷载计算值 的 10% ， 当荷载值达到开裂荷载的 90% 后， 每级荷载
装配式混凝土结构是我国民用建筑的主要发展 方向， 目前国内外专家学者对新型装配式混凝土技 术进行了大量研究， 并根据其相应的研究成果研发 了多种混凝土结构形式及体系， 例如在欧美地区应 用广泛的预制外墙和结构预制构件两大体系 ， 已经 制定了相应的工程标准和应用手册 。日本根据欧美 国家的研究成果和工程经验， 开发出预制承重构件 梁、 柱外壳， 现浇核心混凝土结构。国内预制混凝土 技术研究在二十世纪五六十年代才开始， 例如 1977 年从南斯拉夫引入的整体预应力装配式板柱体系 ， 1999 年南京大地集团从法国引进的预制预应力混 凝土装配整体式框架 制安装结构
* 辽宁省科学事业公益研究基金项目 （ 2011004002 ） ； 辽宁工程技术 大学市场调研基金项目（ 12 － 1284 ） 。 1963 年出生， 第一作者： 孙文彬， 女， 副教授。 kuki29@ 126． com。 通信作者： 王锦力， 收稿日期： 2014 － 06 － 16
， 2007 年万科wk.baidu.com里程的全预
b × h × l / mm 148 148 143 147 × 201 × 204 × 202 × 201 ×2 ×2 ×2 ×2 399 398 398 400
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箍筋 6@ 150 6@ 150 6@ 150 6@ 150
混凝土 加载剪 强度 / 跨比 MPa 29. 5 29. 5 29. 5 29. 5 3. 03 3. 03 3. 03 3. 03
表1 Table 1
试件 ZP － YZL － 1 ZP － YZL － 2 ZP － YZL － 3 ZJ － DBL － 1 图2 Fig． 2 装配预制混凝土梁截面配筋 Sectional reinforcement of prefabrication and assembly beam
试件实际尺寸、 配筋、 混凝土实际强度及剪跨比
企口位置 （ 距离端部） / mm 左 852 621 343 — 右 849 661 341 —
Dimensions，reinforcements，concrete strength and shearspan ratio of specimens
企口尺寸 a × d × c / mm 左 94 × 105 × 107 101 × 94 × 103 82 × 105 × 121 — 右 109 × 98 × 92 102 × 99 × 102 103 × 106 × 98 — 预制段 与总长 比值 / % 29. 10 46. 64 71. 48 — As / mm
［2 ］ ［1 ］
制作装配预制混凝土梁 ， 并进行抗弯承载力试验 ， 研究预制段 长 度 对 梁 开 裂 荷 载 、 极限荷载的影响 规律 ， 研究企 口 的 受 力 性 能 及 装 配 预 制 梁 的 抗 弯 承载力 、 变形性能 。 1 节点现浇中间预制装配式混凝土结构
节点现浇中间预制装配式混凝土结构是主要 承重构件梁 的 中 间 部 分 预 制 ， 两端连同节点现场 浇筑的装配整体式钢筋混凝土结构 。 构件中间预 制部分在工 厂 制 作 ， 混凝土浇筑后在标准条件下 养护 ， 使其达到设计强度 ， 两端留出足够长度的锚 固钢筋以便现场与节点钢筋锚固 。 中间预制部分
226 226 226 226
157 157 157 157
注： b 为截面宽度； h 为截面高度； l 为截面长度。
表2 Table 2
钢筋 类型 受拉钢筋 箍筋 架立筋 钢筋直径 / mm 12 6 10
钢筋的力学性能
屈服强度 / MPa 387. 00 369. 58 364. 23 极限强度 / MPa 543. 70 498. 74 487. 24 弹性模量 / MPa 2 × 10 5 2 × 10 5 2 × 10 5
根据试验所研究的内容， 共设计制作 4 根试验 梁， 其中 3 根为中间预制长度不同的装配预制梁， 1 根整浇的对比梁。所有试验梁尺寸均为 150 mm × 200 mm， 长度为 2. 4 m， 计算跨度为 2. 1 m。截面设计 及配筋如图 2， 试件尺寸、 配筋、 混凝土实际强度及加 载剪跨比如表 1 所示， 钢筋的力学性能如表 2 所示。
［3 ］
， 2013 年上海城市建设设计研究总院 。
设计的叠合梁板全预制柱结构等
主要特点是 本文介绍 的 装 配 式 混 凝 土 结 构 ， 结构的主要 承 重 构 件 的 中 间 部 分 预 制 ， 两端及其 与节点连接部分现浇 。 根据此种构件的受力特点
Industrial Construction Vol. 45 ， No. 2 ， 2015
EXPEＲIMENTAL STUDY ON FLEXUＲAL CAPACITY OF PＲEFABＲICATION AND ASSEMBLY BEAM
Sun Wenbin Tian Hongbin Wang Jinli
（ College of Civil Engineering and Architecture，Liaoning Technical University，Fuxin 123000 ，China） Abstract： In order to investigate the flexural capacity and deformation performance of prefabrication and assembly beam，three prefabrication and assembly beams and one castinplace ＲC beam were fabricated and the flexural capacity tests of ＲC beams were carried out． The mechanical properties of prefabrication and assembly beam with castin dappedend connections were analyzed． The results showed that the failure mode and deformation of the prefabrication and assembly beam could meet the design requirements，cracking load and ultimate load were basically the same as the castinplace ＲC beam． Based on test data，the suitable range of the length of the precast section of the prefabrication and assembly beam was found out． Keywords： prefabrication and assembly beam； flexural capacity； deformation performance； failure mode； length of precast section
a—装配预制梁； b—企口 1 —预制段； 2 —现浇段； 3 —企口； 4 —纵筋； 5 —箍筋 图1 Fig． 1 装配预制混凝土梁 Prefabrication and assembly beam
此种结构不仅能够保证结构的整体性、 稳定性 和安全性， 同时又克服了全预制装配结构由于节点 连接导致的抗震性不足等缺点， 适用于多高层住宅 ［7 ］ 建筑， 有利于推动住宅产业的发展 。
工业建筑 2015 年第 45 卷第 2 期
57
的两端设计成企口形式 （ 见图 1b ） ， 这种形式能够 使装配预制梁的新 、 旧混凝土有一个过渡区域 ， 减 少新 、 旧混 凝 土 连 接 对 梁 力 学 性 能 的 影 响 。 装 配 预制梁的具体形式见图 1a 。
2 2. 1
试验概况 试件设计与制作
a—纯弯段企口处裂缝； b—弯剪区企口处裂缝 1 —企口； 2 —裂缝； 3 —应变片 图5 Fig． 5 企口处裂缝 Cracks in dappedend connections
变较小， 钢筋和混凝土由于有黏结力的作用共同受 力。此时， 各个位置企口均保持良好受力状态 ， 没有 裂缝出现。当荷载达到开裂荷载值后， 在纯弯段出 现短而细小的裂缝， 方向基本与中和轴垂直， 裂缝长 度为 2 ～ 3 cm。 随着荷载逐渐增大， 纯弯段其他处 也相继出现新裂缝， 之后在企口处和弯剪区也有裂 缝产生， 企口处裂缝发展速度较快。 弯剪区的垂直 裂缝发展到一定长度后， 形成向加载点发展的斜裂 缝。当荷载达到一定值时， 纵向受拉钢筋屈服， 钢筋 应变加快增长， 裂缝快速向上发展， 宽度也随之增 大， 最终形成几条竖向主裂缝。同时， 中和轴迅速上 移， 受压区混凝土面积持续减小， 导致混凝土压应力 明显增大。继续施加荷载， 受压区混凝土达到极限 ， ， 压应变 混凝土被压碎 试验停止。 节点现浇中心预制混凝土结构的装配预制梁与 整浇对比梁的破坏过程及特征基本相同 ， 符合适筋 梁正截面受弯破坏机理， 即纵向受拉钢筋屈服、 受压 区混凝土压碎而破坏。破坏之前， 钢筋屈服， 导致试 验梁产生较大塑性变形， 引起裂缝急剧发展， 跨中挠 度迅速增大。装配预制梁破坏前有明显征兆， 符合 适筋梁 “延性破坏” 的特征。 企口位置一旦出现裂缝后， 裂缝发展相对较快， 但最终竖向主裂缝没有在企口处产生。企口在纯弯 段时， 主裂缝在企口两侧 （ 见图 5a ） ， 企口在弯剪区 时， 企口处出现经典斜裂缝（ 见图 5b） ， 两种情况下企 口处都没有出现贯穿主裂缝。企口整体性完好， 裂缝 开展情况与对比梁基本相同， 无明显破坏现象。说明 预制混凝土与现浇混凝土之间连接完好， 保证了装配 ， 预制梁的整体性 达到了新旧混凝土共同工作、 共同 受力的效果。装配预制梁裂缝整体展开形态如图 6。
Mechanical properties of steels
2. 2
测点布置、 加载方案和观测方法 1 ） 试件制作完成养护达到规定强度后， 在装配 、 预制梁和对比梁的跨中 企口处表面粘贴混凝土应
图3 Fig． 3
混凝土应变片布置 Positions of strain gauges
变片， 应变片尺寸为 5 mm × 80 mm， 电阻为 120 Ω， 具体粘贴位置见图 3 。 2 ） 加载方案和观测方法。 为研究节点现浇中 间预制结构装配预制梁的力学性能及其与预制段长 度关系， 试验采用两点对称加载， 试验梁的受力包括 ， 如图 4 所示。 试验加 载装置由上下两个固定钢筋混凝土底座组成 ， 上部 弯剪型和纯弯型两种形态 底座为两个滚动支座， 用以确保试验梁为简支状态。 滚动支 座 与 试 验 梁 之 间 放 有 200 mm × 80 mm × 20 mm 的钢板， 防止支座混凝土被压缩产生竖向位 移， 加大挠度测量误差。 试验梁上部依次为荷载分 58
［ 9 ］
调整为开裂荷载的 5% ， 当发现混凝土表面出现裂缝 时， 读取开裂荷载值并记录。混凝土开裂后， 施加荷 载每级约为极限荷载计算值的 15% ， 当施加荷载达 到极限荷载计算值的 90% 后， 每级荷载改为该值的
［ 10 ］ 5% ， 并结合位移控制法加载至试验梁发生破坏 。
3 3. 1
试验过程及结果分析 破坏过程 加载初期， 荷载较小， 钢筋和混凝土的应力、 应
装配预制梁抗弯承载力试验研究
孙文彬 田洪斌 王锦力
（ 辽宁工程技术大学建筑工程学院 ，辽宁阜新 123000 ） 摘
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要： 为研究装配预制梁抗弯承载能力和变形性能 ， 制作 3 根装配预制梁及 1 根对比梁进行混凝土梁
的抗弯承载力试验研究 ， 分析不同现浇企口连接的装配预制梁力学性能 。 研究表明， 装配预制梁的破坏形态 及变形能力满足设计要求 ， 开裂荷载和极限荷载与整浇对比梁基本相同 ， 同时根据试验数据找出了装配预制 梁的预制段长度的适宜范围 。 关键词： 装配预制梁； 抗弯承载力； 变形性能； 破坏形态； 预制段长度 DOI： 10. 13204 / j． gyjz201502013
［8 ］
图4 Fig． 4
加载装置 Loading setup
配梁、 压力传感器和千斤顶。荷载由千斤顶施加， 由 压力传感器控制。 压力传感器和应变片通过与应 力 － 应变数据采集仪连接获得数据。在梁的跨中安
工业建筑 2015 年第 45 卷第 2 期
放百分表， 测量跨中挠度。 根据试验方案、 加载模式以及钢筋和混凝土实测 强度， 计算试验梁的开裂荷载和抗弯极限承载力并确 定加载 时 的 各 级 荷 载 值， 以便对试验进行加载控 制 。混凝土开裂前， 每级荷载约为开裂荷载计算值 的 10% ， 当荷载值达到开裂荷载的 90% 后， 每级荷载
装配式混凝土结构是我国民用建筑的主要发展 方向， 目前国内外专家学者对新型装配式混凝土技 术进行了大量研究， 并根据其相应的研究成果研发 了多种混凝土结构形式及体系， 例如在欧美地区应 用广泛的预制外墙和结构预制构件两大体系 ， 已经 制定了相应的工程标准和应用手册 。日本根据欧美 国家的研究成果和工程经验， 开发出预制承重构件 梁、 柱外壳， 现浇核心混凝土结构。国内预制混凝土 技术研究在二十世纪五六十年代才开始， 例如 1977 年从南斯拉夫引入的整体预应力装配式板柱体系 ， 1999 年南京大地集团从法国引进的预制预应力混 凝土装配整体式框架 制安装结构
* 辽宁省科学事业公益研究基金项目 （ 2011004002 ） ； 辽宁工程技术 大学市场调研基金项目（ 12 － 1284 ） 。 1963 年出生， 第一作者： 孙文彬， 女， 副教授。 kuki29@ 126． com。 通信作者： 王锦力， 收稿日期： 2014 － 06 － 16
， 2007 年万科wk.baidu.com里程的全预