丘 柏 良

(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢　430070)

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橫向連接式預(yù)制板整體性分析

丘 柏 良

(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430070)

介紹了橫向連接式預(yù)制板的基本原理，采用ANSYS有限元軟件，對(duì)該法提升樓蓋體系整體性的效果進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果表明：采用橫向連接法能有效地改善荷載的橫向分布，增加空心樓蓋體系的整體性，避免單體受力現(xiàn)象。

預(yù)應(yīng)力空心板，有限元法，整體性

1　概述

以裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板為研究對(duì)象，針對(duì)裝配式樓蓋中的單向受力，錨固性能差，樓蓋整體性不強(qiáng)，地震時(shí)房屋往往因空心板掉落而坍塌或?qū)θ藗兊纳?cái)產(chǎn)安全造成威脅等現(xiàn)狀，提出一種提高預(yù)應(yīng)力空心板整體性能的橫向連接方式，由在預(yù)制廠采用先張法施工制成預(yù)應(yīng)力空心板，并且在空心板的橫向預(yù)留實(shí)體的橫肋，橫肋中有孔洞。將空心板吊裝到位后貫穿預(yù)應(yīng)力鋼筋使得多塊空心板連成整體。為研究該法對(duì)空心樓蓋體系的整體性的影響，采用ANSYS有限元分析軟件建立模型并計(jì)算在不同荷載工況下樓蓋體系的荷載橫向分布影響線，進(jìn)而得出空心樓蓋體系整體性的影響因素，為工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)分析。

1.1基本原理

眾所周知，預(yù)應(yīng)力空心板的縱向板縫中通常采用嵌鎖式鍵槽水泥砂漿灌縫[1]，灌縫中也可能鋪有細(xì)直徑鋼筋。灌縫會(huì)沿板縫產(chǎn)生剪力，將其與相鄰板的邊緣保持近似相等的變形。但是，僅僅采用細(xì)石混凝土使得鉸縫的抗剪強(qiáng)度不夠，并且對(duì)施工時(shí)鉸縫的處理要求比較大，增大了施工的難度。鉸縫的抗剪強(qiáng)度除了受混凝土質(zhì)量影響以外，在很大程度上取決于新舊混凝土間的粘結(jié)力和摩阻力，其中摩阻力=垂直力×摩阻系數(shù)。并且，水泥砂漿灌縫對(duì)于保證兩板之間的整體性作用有限，使得板上荷載的分配機(jī)制并不理想。因此，設(shè)置橫向的預(yù)應(yīng)力鋼筋，可以很好的改善空心板的橫向連接，使得各空心板能夠協(xié)同作用、共同分擔(dān)荷載，從而最終提高整個(gè)空心樓蓋的承載能力。同時(shí)，也降低了對(duì)鉸縫處混凝土的施工要求。

1.2橫向連接空心樓蓋體系設(shè)計(jì)技術(shù)條件

橫向連接式預(yù)應(yīng)力空心板是由預(yù)制廠采用先張法施工制成預(yù)應(yīng)力空心板，并且在空心板的橫向預(yù)留實(shí)體的橫肋，橫肋中有孔洞，將空心板吊裝到位后貫穿預(yù)應(yīng)力鋼筋使得多塊空心板連成整體。具體設(shè)計(jì)技術(shù)條件見圖1，空心板中含有橫向端肋1，橫向中間肋2，縱向邊肋3，縱向中間肋4和空腔5，頂板面6，底板面7和預(yù)應(yīng)力索預(yù)留孔8澆筑成一個(gè)整體，以及后澆混凝土鉸縫9。

1.3有限元計(jì)算模型

以5.4 m跨徑的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓蓋為研究對(duì)象，具體分析橫向連接預(yù)應(yīng)力空心板的整體性能。采用的具體模型尺寸為板厚150 mm，橫向由寬度為0.9 m的5塊預(yù)應(yīng)力空心板組成，具體模型參數(shù)如下：

1)鋼筋混凝土部分。

混凝土采用C40。

混凝土彈性模量：Ec=3.35×104N/mm2。

混凝土泊松比：μ=0.2。

混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fc=21.1 N/mm2。

普通鋼筋：HRB400，φ6。

2)預(yù)應(yīng)力筋部分。

預(yù)應(yīng)力筋采用消除應(yīng)力高強(qiáng)螺旋鋼絲，鋼絲直徑為φH5。

抗拉強(qiáng)度為：fptk=1 570 N/mm2。

設(shè)計(jì)強(qiáng)度：fpy=1 110 N/mm2。

彈性模量：Ep=2.05×105N/mm2。

泊松比：μ=0.3。

預(yù)應(yīng)力筋線性膨脹系數(shù)：α=1.2×10-5/℃。

預(yù)應(yīng)力空心樓板所采用的橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)置為：在樓蓋的側(cè)向約1/3和2/3處各設(shè)置一道，具體位置關(guān)系詳見圖3，荷載大小為40 kN/束。

樓蓋橫截面圖、板平面圖、板橫截面圖以及ANSYS有限元模型[2]如圖2～圖6所示。

2　計(jì)算結(jié)果及其分析

為進(jìn)一步分析施加橫向預(yù)應(yīng)力前后，空心樓板的恒載橫向分布系數(shù)，以跨中截面為研究截面，將板從左到右編號(hào)為1號(hào)板～5號(hào)板，計(jì)算出均布荷載分別作用在1號(hào)板～3號(hào)板時(shí)跨中截面的撓度，即工況1、工況2和工況3，計(jì)算結(jié)果見表1和表2。

表1　未施加橫向預(yù)應(yīng)力時(shí)各板撓度 mm

表2　施加橫向預(yù)應(yīng)力時(shí)各板撓度　mm

表3　未施加橫向預(yù)應(yīng)力時(shí)荷載分布系數(shù)

表4　施加橫向預(yù)應(yīng)力時(shí)荷載分布系數(shù)

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，施加橫向預(yù)應(yīng)力后，預(yù)應(yīng)力空心板的整體豎向撓度有所減小，預(yù)應(yīng)力空心板整體的荷載橫向分布影響線變得平緩，說明荷載橫向分布更為均勻，各板間的協(xié)同作用增強(qiáng)，由單板受力向多板協(xié)同受力轉(zhuǎn)變；也說明施加橫向預(yù)應(yīng)力能較大程度的改善裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的荷載橫向分布，減小單板受力的現(xiàn)象發(fā)生，增大板與板之間的橫向剛度和板與板之間的聯(lián)系，從而達(dá)到提高樓蓋的整體性效果。

3　結(jié)語

文中以5.4 m跨徑的預(yù)應(yīng)力空心板為研究對(duì)象，采用有限元程序ANSYS進(jìn)行了有限元建模研究和施加橫向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析。通過對(duì)荷載橫向分布影響線進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)此方法對(duì)整體性的影響做了量化分析，得出以下結(jié)論：

對(duì)比施加橫向預(yù)應(yīng)力前、后空心板的跨中截面撓度值以及荷載橫向分布影響線可知，采用橫向連接方法能有效的改善荷載橫向分布，增加空心樓蓋體系的整體性，避免單板受力現(xiàn)象。且由于此方法施工簡單，效果明顯，推廣使用此技術(shù)能解決我國預(yù)制構(gòu)件領(lǐng)域中空心板整體性不強(qiáng)，鉸縫處理麻煩等缺陷，對(duì)我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)有很大的工程價(jià)值[4]。

[1]薛以冠,李民,潘本棟.SP預(yù)應(yīng)力空心板生產(chǎn)技術(shù)分析及改進(jìn)方法[J].徐煤科技,1999(1):12-13.

[2]郝文化.ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例[M].北京:中國水利水電出版社,2005:134-145.

[3]王中偉.用鉸接板法計(jì)算橋梁荷載橫向分布影響線的程序算法[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003(1):15-21.

[4]柯善北.走出建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的中國路徑[J].中華建設(shè),2015(8):1.

Analysis on integrity of horizontal connection-style prefabricated slab

Qiu Boliang

(CollegeofCivilEngineering&Building,WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070,China)

The paper introduces basis principles of horizontal connection-style prefabricated slab, applies ANSYS finite element software, and analyzes its slab lifting integrity. The computation results show that: through applying horizontal connection method, it can effectively improve the horizontal load distribution, increase hollow floor integrity and avoid single stress phenomenon.

prestressed hollow slab, finite element method, integrity

1009-6825(2016)08-0059-03

2016-01-07

丘柏良(1991- )，男，在讀碩士

TU311

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