预应力空心纵肋叠合板受力性能探讨

预应力空心纵肋叠合板受力性能探讨

程曼林,徐松林,王小鹏

中建八局第二建设有限公司,山东济南  250000

摘要：预应力空心纵肋叠合板是一种新型材料，是采用“灌浆钢管桁架”为加纵肋的先张预应力空心板，它能够提升质量、提高效率，降低措施费用。因此，研究预应力空心纵肋叠合板受力性能具有重要意义。下面本文就对此展开探讨。

关键词：预应力；叠合板；受力性能

1 预应力空心纵肋叠合板优势

相比于传统的叠合板，纵肋叠合板的技术优势较为明显。第一，若纵肋叠合板的跨度为L0/50就可以直接通过计算混凝土与钢筋结构的屈服强度获取叠合板的跨度截面参数值，且通过多次计算会发现叠合板的跨度截面参数值始终低于抗弯承载能力参数值；在这种情况下可以使叠合板的凹槽形底板有效承受弯矩，从而避免叠合板出现剪切面破坏等问题。第二，纵肋叠合板的实际挠度参数一般都会小于测算得到的挠度参数，所以叠合板的耐久性、承受能力都具有较大的优势，不会出现变形等问题。第三，在没有支撑架的情况下，叠合板可以利用自身的挠度与轻度增强钢结构的安全性与稳定性。因此，在钢结构工程中纵肋叠合板能够发挥重要作用。

2叠合板力学性能

力学性能是衡量带肋预应力叠合板品质的关键指标，在设计时应利用非线性有限元软件构建叠合板力学性能模型，并根据模型进行荷载-挠度曲线对比、承载力对比，最后准确分析影响叠合板力学性能的因素。从分析结果来看，混凝土强度、肋高、肋宽、配筋率等因素都会对带肋底板的受力性能产生影响，且这些影响因素与带肋底板的极限荷载都属于正比关系，所以在设计时需要根据力学性能检测结果调整设计参数。

3试件设计

本文对2块预制底板和2块叠合板进行检测。试件主要参数见表1，表中，B1板和B2板主要研究实际施工工况下板的力学性能；B3为分层浇筑；B4板为整体浇筑。

表1 试件主要参数

4 量测内容

结合预应力底板和叠合板的受力情况，量测内容主要包括加载过程中预应力底板和叠合板的挠度变形、裂缝开展情况、破坏形态、混凝土应变、预应力钢丝应变、桁架钢筋应变、开裂荷载、极限荷载等。为了详细记录加载过程中预制底板和叠合板的挠度变形，B1板在跨中布置2个位移计，板端各布置1个百分表；B2板在跨中和板端位置分别布置位移计和百分表；B3板和B4板在跨中布置2个位移传感器，距板端1/4跨处各布置1个百分表。同时，试验过程中采用应变片监测混凝土和钢筋的应变，所有试件在板底跨中和板顶跨中分别布置 2个测点（混凝土应变片），B1板在板顶支座处布置1个测点；B3板和 B4板侧面布置4个测点。此外，所有试件跨中位置处的预应力钢筋布置2个测点，桁架上弦杆跨中布置1个测点。

5 试验结果及分析

5.1 荷载和破坏形态

表2为试件承载力和破坏形态试验结果。由表2可知，B1板的破坏形态为预制底板板底开裂，桁架上弦失稳；B2板加载至2倍设计荷载后停止加载，加载过程中底部并无明显损伤。

表2 试件承载力和破坏形态试验结果

5.2 荷载-位移曲线

（1）B1板的荷载-位移曲线。图1为B1板的荷载-位移曲线。由图1可知，当荷载为3.75 kN/m2时，跨中位移分别为14.43mm 和13.50mm。此时，试件仍处于弹性阶段，继续加载，曲线斜率变大，跨中最大位移分别为71.60mm 和68.34mm。板端处最大位移分别为31.28mm 和28.97mm。

（2）B2板的荷载-位移曲线。采用千斤顶对B2板进行反拱加载至跨中与板端之间的变形差为20mm。此时，跨中挠度变形为13.6mm，板端挠度变形为6.4mm，整个加载过程无明显损伤。图2为B2板的荷载-位移曲线。由图2可知，在加载过程中，试件一直处于弹性阶段，板端处最大位移分别为1.01mm 和 1.05mm，底板跨中最大位移为3.28mm（见表2）。

图1：B1板的荷载-位移曲线   图2：B2板的荷载-位移曲线

（3）B3板的荷载-位移曲线。图3为B3板的荷载-位移曲线。由图3可知，当荷载为3.93 kN/m2时，跨中位移分别为 11.08mm和11.38mm。此时，构件仍处于弹性阶段，继续加载，曲线斜率变大，底板跨中最大位移分别为82.68mm和84.64mm。1/4跨度处最大位移分别为40.14mm 和36.53mm。

图3：B3板的荷载-位移曲线      图4：B4板的荷载-位移曲线

（4）B4 板的荷载-位移曲线。图4为B4板的荷载-位移曲线。由图4可知，当荷载为3.93 kN/m2时，跨中位移分别为10.71mm 和10.73mm。此时B4板仍处于弹性阶段，继续加载，曲线斜率变大，底板跨中最大位移分别为69.83mm和68.90mm。1/4跨度处最大位移分别为25.29mm和29.37mm。根据上述试验结果还可知，B3板和B4板的破坏形态均为板底出现明显裂缝，极限承载力相差较小。同时，B3板的叠合面交接处无明显的裂缝开展现象，表明预制底板与现浇层的整体性较好。

5.3 荷载-应变曲线

（1）B1板的荷载-应变曲线。当荷载为6.25kN/m2时，混凝土由于出现裂缝而在荷载作用下应变增加较快，曲线斜率变大，最大拉应变为 2699με。当试件处于极限状态时，跨中预应力筋处于受拉状态，拉应变约为1360με；跨中桁架筋上弦此时处于受压状态，最大压应变为6403με；支座上弦杆此时处于受拉状态，随着荷载的增加，其应变不断增大，当荷载为7.50kN/m2时，最大拉应变为156με。

（2）B3板的荷载-应变曲线。当试件处于极限状态时，开裂前受拉应变约为620με；跨中预应力筋此时处于受拉状态，其拉应变约为1070με。由上述试验结果还可知，预制底板发生破坏时，桁架筋上弦受压应变为 6403με，钢筋上弦受压屈服，此时，桁架腹杆、下弦杆以及预应力钢筋均未达到屈服；对于叠合板，当临近极限状态时，板底混凝土出现明显开裂，板顶混凝土未出现受压破坏，预应力钢筋及桁架钢筋均未达到屈服状态。

6 安全性验算

根据GB 50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》附录B中的要求，对试件的承载力、挠度和抗裂性能进行评定和验算，通过验算结果表明，预应力纵肋叠合板满足安全性要求。

7结论

（1）新型预应力混凝土空心叠合板整体性能较好，预制底板与叠合层之间未出现明显滑移；其承载力与现浇板基本相同。（2）预制底板和叠合板的承载力、挠度和抗裂性能均满足相关规范的要求，且具有一定的安全储备，安全系数满足要求。（3）预制底板破坏形态为桁架筋上弦屈服，同时板底混凝土开裂；正常施工工况下，预制底板具有良好的刚度和承载力, 起拱状态下也具有良好的承载力和变形能力。

参考文献：

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