洞穴近跨跨越混凝土板的效果

摘要

本文研究了在中点荷载作用下，不当的后张预应力对双向跨混凝土板的影响。由于单是板块滑移，支撑条件只提供了单向跨越作用，这可能导致过早的失效和危险的后果。与传统的冲剪加固方法相比，后张拉可以通过控制挠度和开裂来加强平板抗冲剪，从而使结构更细长，更经济，跨度更大。然而，如果该方法应用不当，这些较薄的楼板可能会在极限状态下冲切，在正常使用情况下产生过大的挠度，从而发生脆性和突然破坏。包含传统抗剪钢筋的混凝土板发挥了充分的作用，并证明了临界冲切周长(定义为板深度的两倍)是通过测量挠度和裂缝模式分析确定的。

1.介绍

许多不同的设计代码用于冲压剪切[1- - - - - -3.］．在爱尔兰，具体结构的设计遵循[3.]基于模型代码1990 [4］．然而，大多数公式本质上是经验的[5，6］．

通常，三种因素有助于非重新凝固混凝土的剪切电阻，即压缩中的混凝土区域，纵向拉伸加固的销量和聚集体的互锁性质。欧元建2 [1混凝土实心板冲切破坏设计方法定义了关键控制周长(）如图所示1在哪里为板的平均有效深度。因此，周长应该最小化，如图所示2对于不同的截面。欧洲规范中对无剪力钢筋板的冲切抗剪承载力采用的方法是经验的，并且假设抗剪承载力是在考虑的有效截面上均匀作用的。

洞穴导致在压力期间将混凝土板的隆起提升[7］．虽然这可以减少自重偏转，但也可以将板坯提高到其支撑体上方，特别是对于双向跨越板[8］．后张拉板在受力时也会发生滑移，在侧向约束不足(邻近板和/或砖石墙)的情况下，也会改变支撑条件[9］．由于此效果难以在现场注意到，由于这些较薄的板坯具有减少的钢筋，因此可能导致裂缝增加和降低的性能[10.，11.］．

下面的实验部分展示了在点荷载作用下，与传统的弯曲和冲切加固相比，后张滑移对双向跨跨的影响。

2.实验计划

三个浇筑mm厚混凝土板进行测试。S1 - s3板从应变、挠度和裂缝形态分析方面评估了中心点荷载下的性能。S3板不包含冲切钢筋，因为意图是确定后张筋在减少这种破坏模式方面的有效性。为试验台的支撑条件提供了一种简支双向跨越布置。数字3.显示 mm RHS frame used to support the slabs during testing.

2.1。混合比例

本研究的具体包括CEM I水泥（500 kg / m^3.）遵守[12.]作为胶凝材料，水灰比固定为0.45。细骨料和粗骨料均来自爱尔兰当地。细骨料为中级配砂，粗骨料为碎石灰岩，最大粒径为20mm。在搅拌之前，确定了骨料的吸水率，并相应地调整了混凝土的吸水率。

在许多试验混合物之后，确定最终比例，使得100至150mm之间的坍落度（S3类坍落度）[13.是可以实现的。配合比汇总见表1．

２.２.混凝土生产

使用PAN混合器制造混凝土。每种混合物，一个板坯（毫米)，三个立方体(铸造了两个直径100米× 200毫米的圆柱体。每种混合物的体积为0.20 m^3.包括浪费10％。混合后，将混凝土倒入50mm厚的层中，在振动表上振动的每个层搅拌一段时间，直到在表面上不再看到气泡。通过将聚苯乙烯片放置在标本上24小时来提供混凝土的固化以使蒸发从表面蒸发的水分。在脱模之后，将板块用湿润的篷布包裹并储存在20±3°C的实验室直至测试。将立方体和圆柱体放入20（±1）℃的固化罐中，直至测试。

2.3。和易性

混凝土的和易性(即稠度)是在混凝土制造后立即根据[14.］．

２.４.抗压强度

通过根据BS EN 12390-3粉碎三个150mM立方体，通过用于测试硬化混凝土的BS EN 12390-3来测定压缩强度。15.］．选择7天作为测试板的龄期，因为这是一个典型的施加后张拉以及最小抗压强度为25 N/mm²．

2.5。抗拉强度

间接抗拉强度是通过将两个200mm圆柱体(直径100mm)在7天内按[16.］．

2.6。强化细节

数字4- - - - - -6和表格2总结应变计的位置。纵向配筋(直径6mm)应变片置于各板跨中两侧正交方向的钢筋上。为了提高应变读数的准确性和评估钢筋中发生的弯曲程度，在每个钢筋的顶部和底部分别放置了两个压力表。

应变片还放置在每层S2(2.5和2.7)板上的一个剪切杆腿(直径6mm × 100mm长)上，以评估加载时它们的应力分布。在后张板(S3板)两端受弯钢层顶部的钢筋上放置两个额外的纵向钢筋应变片，以确定应力对纵向钢筋的影响。应变计通过打磨钢筋，使用脱脂剂抛光，并使用快速干燥的强力胶将其安装到钢材上。引线焊接到端子上，并涂上多层保护漆。图中显示了在钢上制备应变片的一个例子7．

7个线性变量位移传感器(LVDT)放置在每个板的底部，以记录加载期间的挠度，并确定冲压剪切周长(图)8和9）[17.］．在加载过程中，在S3 (PL)板的中心放置了一个额外的LVDT，以记录预应力对挠度的影响，显示了LVDT在所有三个板中的布置。数字10.显示在每个板的顶部表面的LVDT安排。

2.7。后张管

设计试验试件S3作为无粘结后张板进行试验。在浇筑和测试过程中，使用20毫米直径的塑料管道将预应力筋从混凝土中分离出来(图)11.）将其插入成形到模板中的预制孔中。

每一块铸板都有四个直径8毫米的抬眼(图)12.）帮助运动。将每只眼睛在弯曲加强件的顶层上研磨200毫米，并在混凝土表面上方突出90mm。

2.8。后部轴承板

为了将压力以安全可控的方式分配到S3板上，使用一个17毫米厚的复合钢板承载板(图13.）用两个12毫米孔制备，以接收预应力链[18.，19.］．

2.9。预应力过程

在铸造之后，PVC管道与混凝土面的侧面修剪齐平，以确保用于钢板的平坦表面在应力期间承受抵抗。钢绞线通过轴承板和管道供给，并且在任一端固定筒和楔形锚。拉动股线被教导确保除去任何松弛[20.］．

使用25T液压单股千斤顶对钢绞线施加应力，如图所示14.校准到200巴的压力等于65.1kN的应力力和1252n / mm的应力²对应于该股抗拉强度的67% (= 1860 n / mm²）.千斤顶被放置在“活”的一端的strand(图15.和16.）并且防止通过“死端”锚在相对的端部移动。一旦压力杰克达到200巴的压力，千斤顶就停了下来。

由于在两个正交方向上都要施加10条10股应力，因此采用了一个逻辑的应力计划，以考虑在向板传递预应力水平上施加后张力时的弹性变形影响。对于多股，应力第一股不会造成任何损失，因为虽然混凝土经历缩短，千斤顶不会被拆除，直到指定的(校准)预应力值的应用，因此抵消了任何弹性变形。然而，由于混凝土缩短，对第二股施加应力会导致前者的受力损失。如果应力过程是按顺序进行的，那么由于弹性变形造成的预应力损失将从最后一根应力为零到第一根应力最大。

因此，这些股被“跳过”的方式强调[19.，20.第二次的紧张程度与前一次相差甚远。下一条预应力锚链与第1条锚链相邻，以此类推，直到20条锚链全部受力。方法如图所示17.．

此外，平行的股线-AXIS首先在与之平行之前首先张紧轴，因为这些位于较小的偏心距。这些读数，这些应变计被用来确认的影响，在混凝土成员的股拉紧。

3.讨论的结果

3．1.和易性

记录的坍落度值如图所示18.显示所有混凝土铸件中所需的可加工性（100-150毫米）。混凝土混合物S3比其他混合物略高，但与压缩和强度结果结合（图18.)，很明显，它没有显著的影响。

３．２．抗压强度

压缩强度结果如图所示19.．如图所示，整个浇注混凝土达到了指定的特征强度(35 N/mm)²）.S3板的强度略有下降，这与该混合物的高坍落度结果相对应(图)18.）可能表示误差中添加过量的水。然而，随着设计强度的实现，混凝土被认为是令人满意的。

３．３．抗拉强度

拉伸强度呈现在图中20.．如图所示，所有混凝土的最小抗拉强度为3.0 N/mm²．在抗压强度方面，S3板的抗拉强度略低于其他板。

3.4。板S1结果

3.4.1。应变分析

板坯S1的失效发生在256 kn的负载。预测的故障负载（使用[3.]）是201 kn。应变仪表结果如图所示21.- - - - - -23.1.1表在测试时制动。

数字21.显示1.2标尺应变随受弯钢筋底部荷载的增加(，BTM）表示对板坯负荷承载能力的钢筋贡献。在40kN时，弯曲加强件顶杆中的应变增加（，顶部，平行于-方向)22.)，并且由于局部压缩而降低。直到160千牛顿时，才记录到压缩应变。在40kn时，杆中的应变线性增加，直到约3200με对应于240 kn的负载，条杆开始屈服。

3.4.2。受弯钢筋混凝土板S1:挠度

参考点A-F的挠度如图所示24.和25.．在“Postfailure”下，失败后的瞬间，LVDT变形表示相当大的偏转。然而，点E的偏转已经减少，表明冲孔剪切临界周长位于C点C和E. EUROCODE推荐之间，建议在距离2处检查临界周长从加载区域距离加载区域或距离负载边缘的210毫米有关的区域[21.］．

类似的偏转模式可以在图中看到25.．同样，在破坏后，B和D处的挠度显著增加，而F处挠度减小，这表明冲孔的临界周长位于150 mm至275 mm之间。顶部表面的LVDT读数如图所示26.式中，负挠度表示板的隆起。可以看出，结果表明，在破坏荷载(256 kN)下，板的后右下角有3.8 mm的隆起。

3.4.3。裂纹模式分析

数字27.显示板下侧的失效后裂纹模式。如图所示，可以看到明确定义的冲切周长，失效周长通过LVDT位置C和E之间，确认了如图所示的变形24.和25.．

3．5．板S2的结果

3.5.1。破坏荷载分析:S2板

S2板在负载为293 kN时发生破坏，在此之后无法承受载荷。该试件的理论冲切破坏载荷计算为278 kN(采用cl 6.4.5(1)式6.52 [1]）。

3.5.2。应变仪分析

2.2-2.4应变片测量结果如图所示28.和29.．可以看出，应变计中的应变（酒吧，）随着负载增加，直到达到故障负载（293kN）。应变趋势增加确认条通过弹性范围，其中应变比施加的载荷快于约3000 με这里的杆具有塑性。

还显示了在大约80 kN时的应变变化，即第一次裂纹发生的地方。应变在杆中呈线性增加，直到大约280kn (3200)με)，假定钢筋已屈服。

3.5.3。剪切链接应变仪

图中，在图中，分别在链路L1至L3上的计量读数2.5至2.730.．如可以看出，混凝土经历了剪切力，并超过其拉伸能力。连通裂缝有助于该部分的能力，表明链接经历了拉伸应力和正菌株。链接L3经历了最大的阳性菌株。链路L2经历了负应变，直到施加了225 kn的负载。

3.5.4。变形分析:楼板拱腹

数字31和32在零的零点上显示位置A-F处的偏转到中心的最大值（在293kN的7.2 mm），表明板坯在弯曲中失效。

3.5.5。变形分析:顶面

数字33表明，从顶板表面的挠度与S1板的相似，但在左前角没有隆起。

3.5.6。裂纹模式分析

S2板破坏后的裂纹形态如图所示34．在荷载作用区域(周长P, Q, R, S)内的板冲剪破坏和裂缝形成了一个长弯曲裂缝的一部分。虽然裂纹是由弯曲机制引起的，但裂纹表面的能力降低，导致冲孔剪切裂纹的形成。

3.6。板S3的结果

3.6.1。张紧分析

预应力的短期损失和随后转移到混凝土截面的力是通过在受弯钢筋中连接的6根钢筋的顶部表面附加8个应变片来确定的。

3.6.2。混凝土应变仪分析

与楼板平行的楼板-方向首先张紧(图35）效果如图所示36．正如预期的规在股线1的位置直接位于股线1的位置，经历了最大的压缩菌株，因为施加股线的施加轴向载荷。看起来很糟糕（上）和（下面）经历了小的拉伸菌株。因此，尽管板坯在附近位于应力链附近的附近，但是在位置处的板坯诱导张力和(图36）.

第二股张紧直接在规格下方．张紧对仪表菌株的影响来如图所示37．如可以看出，位于张紧的股线顶部的规格正在持续压缩应变的增加，而最远的两个仪表呈现张力。除了在应力期间提供有关板坯中的效果的信息之外，与应力方向平行的应变仪突出了在事件结束后立即发生在混凝土中的预应力的损失，即，去除应力杰克。在事件1结束和事件2开始之间发生的损耗由仪表的变化应变读数表示来．

紧跟着事件1结束，应变计读取43的压缩应变 με(图38）.当链2发生张拉时，即事件2的开始时间，压缩应变减小到19με．这表明，在施加应力2时，1条周围混凝土的压应力小于事件1结束时的压应力。从事件1结束到应力2发生，预应力已经有一个显著的损失。这种预应力损失最可能的原因是由于锚固拉入损失，这已在前面讨论过。

数字39显示仪表上应变的总增加来在时间采取的紧张全部十股在方向。可以看出，最高的压缩应变发生在某些位置和这是预期的，因为进行了张紧的顺序。

在事件1-10期间，有四个测量仪垂直于应力方向。图中记录的应变40显示拉伸菌株在仪表中发生来最大在仪表中发生和．通过施加压缩力在应力方向上的轴向缩短伴随着侧向伸长，即垂直于施加荷载的膨胀。假设混凝土板是作为一个未开裂的截面，横向膨胀的大小可以归因于泊松比。

3.6.3。钢应变仪

在板S3内的四个弯曲加强杆中的菌株如图所示41．如图所示，在张紧指示预应力损失的股线和施加到板坯的压缩力之间的转换时段期间，在杆内的压力内部存在明显的损失。

3.6.4。破坏载荷分析

板坯S3的故障负载为252 kN（图42）.当达到这一负荷时，板以脆性方式破坏。

3.6.5。应变仪分析

应变片3.3和3.4位于杆上，表现出比酒吧更大的菌株，(3.1和3.2)如图所示43．第一次裂缝发生在与楼板平行的地方-在90kn载荷下。第一道裂缝在150千牛顿的荷载下穿过钢筋。然而，一旦失败，Bar中的张力，是Bar的三倍，．数字43和44两者都表明，由于达到了最大负荷，因此，一旦达到最大负荷，板坯就不会达到任何栏，因此仍然无法维持负载的任何增加。

3.6.6。变形分析:变形结果-底板

数字45和46显示在- 和分别的方向。正如可以看到的，在两个方向的挠度是不一致的，将预期为一个双向跨越板。通过比较不同的lvdt沿两个正交方向的偏转幅度，可以发现有明显的差异。记录的垂直挠度从施加点到板下方的最大值开始减小。沿着- 指示板块偏转为单向跨越。这表明在洞穴后测试期间的板S3沿着板坯的支撑略微较低方向。

3.6.7。变形分析:顶面

数字47表明左前角和右前角均未出现抬升，但左后角出现了抬升，右后角的抬升幅度较小。

3.6.8。裂纹模式分析

数字48显示板块后剖面失败的裂缝模式。形成的第一个裂缝沿着FDB。只有轻微的裂缝沿着点ECA发生。所示的脆性故障裂缝发生在236kn的负载和沿着顶部边缘的板坯的拱道。

3.7。板坯S1-S3之间结果的比较

S1-S3板破坏时的载荷分别为256、293和252 kN。S2板的冲切配筋确实具有较高的承载能力，但S3板的滑移效应使其形成了一个单向跨越系统，承载能力降低。破坏模式也证实了这一点，在S1和S3中观察到脆性的、突然的倒塌行为，冲穿了板，而在S2中观察到弯曲。S1中钢筋的应变行为表明筋在加载点下屈服，而由于单向跨板和脆性破坏机制的产生，这在S3中是可以预期的，但情况并非如此。

S1和S3中的偏转通过冲压通过混凝土来显示故障。S2再次展示了具有集中发生的最大偏转的弯曲行为。S1和S3中的清晰定义的裂纹图案表示冲压剪切周长。然而，S2没有在负载下产生具有良好的分散和环状浓度的明确定义的裂纹图案。虽然它们被弯曲机构启动，但是裂化表面的容量降低，导致冲压剪切裂缝的形成。

4。结论

从上述工作中总结出以下结论:

临界冲孔剪切周长的确切位置被指定为位于距离从装载区域的表面。这里的结果，无论是挠度和开裂模式分析的板S1，表明这个周长是准确的。

无剪力筋板(S1)的冲切抗剪承载力为201 kN，而试验破坏荷载为256 kN，这就质疑了该方法对小截面板深度的可靠性。

外部轴向力的引入增强了该部分的弯曲和剪切容量。

支持条件对结果有影响。虽然这里使用的支撑钻机足以抵抗适用于它的力，但在测试期间必须小心，以确保支撑条件准确模拟设计的条件。

虽然预应力的好处已经显示，但测量力的传递和后续的损失是一项困难的任务，应额外注意这些关键因素。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

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