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混凝土疊合板疊合面的抗剪分析

 碧野田間牛得草 2016-05-29


疊合板受力性能分析

混凝土疊合板是在先期制作的預(yù)制底板上加澆一層混凝土而形成的一種分期澆筑整體式結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程應(yīng)用中,這種構(gòu)件施工方便而且能縮短工期。但是重力荷載作用下其工作狀況與一次澆筑成型的構(gòu)件有所不同。


根據(jù)施工階段受力情況的不同,疊合板可分為“施工階段設(shè)有可靠支撐的疊合板’’和“施工階段不設(shè)支撐的疊合板’’兩類(lèi)。


施工階段設(shè)有可靠支撐的疊合板’’施工階段在預(yù)制底板下設(shè)置臨時(shí)可靠的支撐。預(yù)制底板在施工荷載和疊合層混凝土自重的作用下,會(huì)產(chǎn)生一定的撓度,但板與板之間的撓度不會(huì)完全一樣。而在預(yù)制板底部設(shè)置支撐以后,板下的位移就會(huì)處于同一水平位置,這樣疊合后,板底的平整度就可以達(dá)到規(guī)范要求。同時(shí)還可以防止預(yù)制底板因上部施工荷載過(guò)于集中,使板斷裂墜落。這種疊合板的預(yù)制構(gòu)件部分在施工階段不承擔(dān)荷載,只是將荷載傳遞給施工臨時(shí)支撐,待后澆混凝土達(dá)到強(qiáng)度并拆除支撐之后,預(yù)制底板才和后澆混凝土一起共同承擔(dān)荷載。顯然施工階段有支撐的這種疊合板其受力情況與整澆板基本相同,故其受力性能也與整澆結(jié)構(gòu)基本接近。這種疊合樓板主要應(yīng)用于預(yù)制底板截面受到限制且施工階段荷載特別大的情況 。

疊合板疊合面的抗剪分析

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疊合面的破壞特征

疊合面的破壞特點(diǎn),無(wú)箍筋穿過(guò)疊合面的直接剪切疊合板的破壞是突然發(fā)生的,即沿疊合面的裂縫出現(xiàn)與破壞是同時(shí)發(fā)生的,屬于脆性破壞。對(duì)于配有箍筋穿過(guò)疊合面的直接剪切疊合板,在受荷過(guò)程中,先沿疊合面出現(xiàn)裂縫,試件并不立即破壞,仍然可以繼續(xù)承受外加荷載,直到穿過(guò)疊合面的鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極限,疊合板才發(fā)生破壞,有明顯的預(yù)兆,屬于延性破壞。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中,采用有否箍筋穿過(guò)疊合面的情況,應(yīng)分別取用不同的可靠度。


對(duì)于二次受力的預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板疊合面破壞特點(diǎn)是:所有疊合面裂縫均由斜裂縫發(fā)展至疊合面后所引起(按抗剪設(shè)計(jì)配筋)。發(fā)生疊合面破壞的光滑面疊合板,為剪跨內(nèi)的斜裂縫開(kāi)展至疊合面后,引起疊合面發(fā)生寬度和長(zhǎng)度均較小的局部水平裂縫。此后當(dāng)荷載稍有增加,局部水平裂縫即迅速發(fā)展為沿整個(gè)剪彎區(qū)段疊合面的水平貫通裂縫,導(dǎo)致板沿疊合面發(fā)生破壞。發(fā)生斜截面破壞的鋸齒形壓痕面疊合板和配結(jié)合筋的疊合板,當(dāng)斜裂縫開(kāi)展至疊合面后,先沿疊合面發(fā)生局部水平裂縫一小段,然后進(jìn)入后澆混凝土中,隨著荷載的增加,繼續(xù)延伸,最后發(fā)生斜截面剪切破壞。原因在于配有結(jié)合筋的疊合板,斜裂縫水平段投影長(zhǎng)度加大,增加了結(jié)合筋的抗剪作用(增加了疊合面骨料的咬合力和鋼筋的銷(xiāo)栓力),使得疊合面局部水平裂縫發(fā)展受到了約束,因而阻止了疊合面的水平裂縫貫通破壞。疊合面采用鋸齒形壓痕處理的疊合板,增加了兩部分混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度,同時(shí)鋸齒形壓痕分散了疊合面微裂縫的集中發(fā)展,阻礙了疊合面局部水平裂縫的貫通發(fā)展,因此板的承載力仍由斜截面抗剪強(qiáng)度控制,并沒(méi)有發(fā)生疊合面破壞的情況。


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影響疊合面受剪承載力的因素

1

疊合面位置的高低


由上面的分析可知,主拉應(yīng)力是造成疊合面開(kāi)裂的主要原因,而主拉應(yīng)力的大小則主要取決于疊合面位置的高低,疊合面位置越低,離中和軸的距離就越遠(yuǎn),由外荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力就越大,因而主拉應(yīng)力就越大,對(duì)疊合面的受力就越不利,越容易產(chǎn)生疊合面裂縫。預(yù)制底板帶縱肋的疊合板,其疊合面不在一個(gè)水平面上,而平板疊合板的預(yù)制底板較薄,疊合面全部位于受拉區(qū),與平板疊合板的受力相比,預(yù)制底板帶縱肋的疊合板疊合面并不全部單純受拉應(yīng)力,部分疊合面還可能受壓應(yīng)力,因而帶縱肋疊合板比傳統(tǒng)的平板疊合板更有利于保證疊合面的抗剪。

2

疊合面的粗糙程度


對(duì)于疊合面無(wú)結(jié)合筋的疊合板,疊合面的受剪承載力主要取決于后澆混凝土與預(yù)制混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度,因此,保證疊合面的粗糙程度,對(duì)于增加新老混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度,分散疊合面微細(xì)裂縫的集中擴(kuò)展,阻止疊合面局部水平裂縫的進(jìn)一步開(kāi)展,從而保證疊合面的粘結(jié)能力和疊合板的共同工作,都是十分重要的。

3

混凝土強(qiáng)度等級(jí)


預(yù)制底板的斜截面抗裂度對(duì)整個(gè)疊合面的受剪承載力影響較大,而影響斜截面抗裂度的主要因素之一就是混凝土的強(qiáng)度等級(jí),預(yù)制底板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)愈高,其抗拉強(qiáng)度就越大,斜裂縫的出現(xiàn)就越遲,因而可推遲疊合面裂縫的出現(xiàn),提高疊合面的受剪承載力。此外,后澆混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高,它與預(yù)制底板混凝土問(wèn)的粘結(jié)強(qiáng)度也就越大,這對(duì)保證疊合板的整體受力也是十分重要的,如果后澆混凝土強(qiáng)度過(guò)低,則其抗拉強(qiáng)度以及疊合面處的粘結(jié)強(qiáng)度就越低,就有可能出現(xiàn)后澆混凝土底面先于預(yù)制底板上緣開(kāi)裂的情況,從而導(dǎo)致疊合面開(kāi)裂而破壞,由此可見(jiàn),無(wú)論是預(yù)制部分還是后澆部分混凝土的強(qiáng)度等級(jí),都對(duì)疊合面的破壞形態(tài)和受剪承載力有較大影響,在實(shí)際工程中,后澆混凝土的質(zhì)量控制,也是疊合板施工和推廣使用中的關(guān)鍵。


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疊合面的形式

在鋼筋混凝土疊合板中,預(yù)制底板與后澆混凝土應(yīng)能形成整體截面而共同工作,疊合面的抗剪強(qiáng)度就是保證這種共同工作的關(guān)鍵。根據(jù)施工方法的不同,疊合面一般有以下幾種形式:


1

人工疊合面,即用人工方法加工成有規(guī)則的凹凸形疊合面或鋸齒形疊合面,這種疊合面施工麻煩,但其水平抗剪強(qiáng)度較高。

2

自然粗糙面,即施工中采用混凝土振搗后不加抹平而形成的有一定自然形狀的凹凸不平的疊合面,并隔一定間距設(shè)置凹槽,以便二次澆注時(shí)形成剪力鍵。這種做法雖然沒(méi)有人工疊合面的抗剪強(qiáng)度高,但是施工簡(jiǎn)便,其水平抗剪強(qiáng)度也能滿足設(shè)計(jì)要求,一般在承受靜載為主的工業(yè)與民用建筑的樓蓋結(jié)構(gòu)中采用。

3

光滑疊合面,即先澆構(gòu)件的疊合面是光滑的,這種疊合面抗剪能力最低,甚至在兩部分混凝土的收縮微差影響下就可能沿疊合面開(kāi)裂,這種疊合面在一般工程實(shí)踐中不應(yīng)采用。

4

疊合面伸出鋼筋,這種抗剪措施抗剪強(qiáng)度比較高,但是耗鋼量大,且施工運(yùn)輸和構(gòu)件裝配都不方便,限制了該方法的應(yīng)用。

5

涂刷粘結(jié)劑,但這種方法成本較高,一般只在加固結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。


疊合面抗剪問(wèn)題解決

疊合式受彎構(gòu)件中,疊合面的抗剪強(qiáng)度是保證前后澆筑兩部分混凝土協(xié)同受力的關(guān)鍵。


為了使預(yù)制板與現(xiàn)澆板能夠很好結(jié)合,增加樓板剛度,在外力作用下預(yù)制層與現(xiàn)澆層不發(fā)生相對(duì)位移,在目前的常規(guī)設(shè)計(jì)中是通過(guò)桁架筋來(lái)實(shí)現(xiàn)的,另外還有一種抗剪鍵。


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