“十三五”以来，建筑工业化进入新的发展阶段，装配式建筑被国家大力推广^[1]。装配式框架结构由于本身具有平面布置灵活、梁和柱标准化预制生产方便等特点，成为装配式建筑中比较常见的结构形式之一。作为装配式框架结构中主要的水平受力构件，叠合梁在工程应用上多采用普通混凝土和HRB400钢筋。普通钢筋混凝土叠合梁自重大，钢筋接头多，在运输及施工方面存在诸多问题。

　　 轻骨料混凝土自重轻、耐久性和抗震性能较好，HRB500钢筋强度高，可以避免钢筋拥挤，减少用钢量。将轻骨料、HRB500钢筋应用于装配式叠合梁中，将能够有效减少钢筋接头和构件自重，方便运输、提高施工效率。

　　 文中对3根采用HRB500组合封闭箍筋和纵筋的钢筋轻骨料混凝土叠合梁及其对比整浇试件进行了集中荷载作用下的受弯性能试验，对其正截面受弯承载力、抗裂性、挠度以及裂缝开展情况进行了分析，为HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁应用于装配式框架结构中提供参考。

　　 本次试验共设计了6根试验梁，其中3根为不同配筋率下的叠合梁，3根为与叠合梁相对应的整浇对比梁。以PLCB代表叠合梁，RLCB代表整浇对比梁，基本参数见表1。以叠合梁PLCB-1为例，试件预制截面和叠合截面尺寸及配筋情况见图1。

　　 试件所采用的页岩陶粒轻骨料混凝土强度等级为LC40，配合比见表2。其中所用水泥为河南某水泥厂生产的P·O 42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料为河南某建材有限公司生产800级页岩陶粒，粒径范围5～20mm，各项性能指标见表3。细骨料为普通河砂。减水剂为北京某外加剂有限公司生产的固态聚羧酸高效减水剂，拌合用水为临颍县自来水。

　　 在混凝土浇筑过程中为了防止页岩陶粒上浮，首先对页岩陶粒进行了4h以上的预湿，在预湿完成后，将页岩陶粒沥干至无明显滴水时投入搅拌仓使用。试件制作时3根整浇对比梁采用平模浇筑，叠合梁预制部分采用立模浇筑，叠合部分采用平模浇筑，如图2所示。浇筑时分两批次浇筑，第一批次首先浇筑整浇梁和叠合梁的预制部分，待叠合梁预制部分混凝土强度达到设计强度的80%以上时，然后浇筑第二批次叠合梁叠合层部分混凝土。叠合面为凹凸程度不小于6mm的自然粗糙面，局部辅以人工拉毛。每批次预留150mm×150mm×150mm标准立方体混凝土试块3组(每组3个)，150mm×150mm×300mm棱柱体试块3组，与试件同条件养护28d以上，在试验开始前在压力机上进行试验，测得混凝土立方体抗压强度和弹性模量，同时对试验所用的同批次的HRB500钢筋进行抗拉强度试验。

　　 试验梁采用四分点集中加载，由反力架、反力钢梁、液压分油器配合手动油泵进行两个千斤顶的同时加载，试验加载装置见图3。5块百分表分别安装在两支座处、两千斤顶加载位置处和跨中位置处。混凝土跨中沿梁高方向布置6个混凝土应变片，每根纵筋跨中位置处布置2个钢筋应变片。正式加载前取试件预估开裂荷载的10%进行预加载。正式加载时，在试件尚未开裂时每级取预估开裂荷载的20%进行加载，在达到预估开裂荷载80%后每级取预估开裂荷载的10%进行加载。开裂后，每级取受弯承载力10%进行加载，达到受弯承载力90%后，取受弯承载力5%进行分级加载，加载直至达到试件破坏标志停止。每级荷载完成后持荷10～15min，观察试件变化形态、记录百分表读数、观察裂缝开展规律。

　　 在试验开始前进行混凝土及钢筋的基本力学性能试验，见表4,5。

　　 裂缝开展的大致规律为:叠合试件在裂缝未开展到叠合面前和整浇试件裂缝开展过程相似，在(0.15～0.25)M_u时(M_u为试件的极限受弯承载力)在跨中或者加载点位置处出现首条裂缝，之后随着荷载的进一步增加，裂缝发展较快，纯弯段内裂缝不断增多，裂缝宽度逐渐增大，高度逐渐上升，纯弯段内形成大致平行的主裂缝，在(0.40～0.50)M_u时裂缝基本出齐。叠合梁在加载过程中当裂缝上升至叠合面后，部分裂缝水平发展一段时间后进入叠合层。当荷载接近屈服荷载时，试件挠度和裂缝宽度迅速增加，平行主裂缝开始出现斜向或者水平分叉现象。各试件的纯弯段内裂缝开展情况见图4。

　　 叠合梁和整浇梁的破坏都大致经历了四个阶段:未开裂阶段、带裂缝工作阶段、屈服阶段和破坏阶段。6根试件的破坏形态大致分为两种:一种是配筋率较低的试件因延性较好变形过大，梁上部混凝土并没有被压碎，在钢筋屈服后挠度和裂缝宽度急剧增加，破坏标志为裂缝宽度过大，宽度在1.5～3mm之间，此时试件仍具有一定的变形能力，PLCB-1,RLCB-1,PLCB-2,RLCB-2均为此种破坏形态;另外一种为配筋率较大，延性相对较差，钢筋屈服后变形发展较快，最终钢筋屈服上部混凝土被压碎而破坏，此时梁仍具有一定的承载力，PLCB-3,RLCB-3为此种破坏形态。典型破坏特征见图5。所有叠合梁试件，均未发生沿叠合面的破坏，叠合层和预制层可以共同工作。所有试件均为延性适筋受弯破坏，破坏征兆明显，说明组合封闭开口箍筋在轻骨料混凝土叠合梁中工作性能较好。

　　 平截面假定是《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)^[2]和《轻骨料混凝土结构技术规程》(JGJ 12—2006)^[3](简称规程JGJ 12—2006)中理论计算的重要条件之一，是受弯试件计算理论的基本前提。图6为6个试件在不同荷载等级下，跨中截面混凝土应变随高度变化的曲线，图中P_u为极限破坏荷载。如图6所示，配置HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁与整浇梁一样，基本符合梁的正截面的平截面假定。

　　 各试件正截面受弯承载力的试验值记为M_u,t。基于平截面假定，按照规程JGJ 12—2006计算公式，取实测混凝土强度以及实测钢筋屈服强度值计算正截面受弯承载力，记为M_u,c。将计算极限弯矩值与试验极限弯矩值进行对比，见表6。

　　 从表6可以得到，M_u,t与M_u,c的比值的平均值为1.030，标准差为0.017，变异系数为0.016。按照实测混凝土抗压强度值及实测钢筋屈服强度值计算得到的受弯承载力试验值接近且大于理论计算值。由此可以说明现行规程JGJ 12—2006梁的正截面受弯承载力计算公式对于叠合梁仍然适用。

　　 试件在加载过程中随着荷载的不断增加，当受拉区混凝土所受的拉应力超过混凝土的抗拉强度后，试件将出现开裂，此时跨中截面所承受的弯矩为开裂弯矩，记为M_cr,t。按照规程JGJ 12—2006公式计算所得开裂弯矩记为M_cr,c，将计算开裂弯矩值与试验开裂弯矩值进行对比，见表7。

　　 从表7中可以得到，M_cr,t与M_cr,c的比值的平均值为1.002，标准差为0.066，变异系数为0.065，说明按照规程JGJ 12—2006计算公式计算得到的理论计算值与试验值吻合较好，可以按照现行规程JGJ 12—2006计算公式对HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁的开裂弯矩进行计算。

　　 受弯试件在正常使用状态时其使用荷载一般为(0.5～0.75)M_u^[4,5]，在满足平截面假定的基础上，取试件开裂荷载和屈服荷载之间的荷载(0.5～0.75)M_u，按照规程JGJ 12—2006计算公式得到的短期挠度计算值和试验值分别记为f_l和f_s，将二者进行对比，见表8。

　　 从表8中可以得到，3根整浇梁和3根叠合梁正常使用阶段短期挠度试验值与计算值比值的平均值为0.995，标准差0.044，变异系数为0.044。由此可见规程JGJ 12—2006短期挠度计算公式对HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁仍然适用。

　　 从表8中还可以看出，在正常使用荷载时，叠合梁和整浇梁的短期试验挠度值小于且接近正常使用阶段挠度限值l₀/200(l₀为计算跨度，本文取5 200mm)，即26mm。HRB500钢筋混凝土梁在长期荷载作用下可能会超过规程限值^[6]，由此可见，在HRB500钢筋轻骨料混凝土梁设计时，应加强对梁挠度的验算，及时采取必要措施，如增大梁截面等来避免挠度过大问题。HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁和整浇梁挠度较大的原因主要有两个方面:一是轻骨料混凝土自身弹性模量较低，一般情况下比相同标号下的普通混凝土弹性模量低25%～50%左右^[7]，文中试件所用的轻骨料混凝土弹性模量比同标号普通混凝土弹性模量低32%左右;二是高强钢筋在梁中工作应力较普通钢筋工作应力要大，其自身弹性模量与普通钢筋弹性模量相差不大，从而造成了高强钢筋混凝土梁挠度一般比使用普通钢筋混凝土梁的挠度要大^[8]。

　　 (1)HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁和整浇梁一样均发生了适筋延性破坏。叠合梁叠合面结合良好，未发生沿叠合面的破坏，HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁工作性能较好。

　　 (2)采用组合封闭箍筋的一次受力HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁符合梁的正截面的平截面假定，规程JGJ 12—2006的正截面受弯承载力、开裂荷载及短期挠度计算公式对叠合梁仍然适用。

　　 (3)HRB500钢筋轻骨料混凝土梁的挠度值较大，建议设计中应加强对HRB500钢筋轻骨料混凝土梁的挠度验算。