康兆光

（北京市石景山區(qū)建筑公司，北京 100043）

0 引 言

裝配式混凝土結構較全現(xiàn)澆混凝土結構具有生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、改善施工環(huán)境、利于質量控制、可持續(xù)發(fā)展等戰(zhàn)略優(yōu)勢，越來越廣泛地得到應用。但相比較之下，由于裝配式結構的節(jié)點存在初始的裂縫，其整體性和抗側剛度表現(xiàn)又存著先天不足，工程實踐中，仍存在諸多技術難點。其中，疊合板作為廣泛應用的裝配式結構構件，與全現(xiàn)澆結構板相比，可節(jié)省材料、施工簡便、縮短工期，與全裝配結構板相比，則抗震性能好，整體性強。然而，現(xiàn)澆疊合層和預制疊合板混凝土應力應變存在非線性變化，現(xiàn)澆混凝土的收縮應力也對疊合板承載力產(chǎn)生較大的影響。在多種應力條件的共同作用下，疊合板的拼縫部位受力條件復雜，為保證結構整體性可靠、有效，對疊合板拼縫構造的改進和優(yōu)化具有現(xiàn)實的工程實踐意義。

1 疊合板拼縫形式

裝配式混凝土結構疊合板分為單向板和雙向板，根據(jù)接縫、支座構造和長寬比等條件進行設計拆分［1］。長寬比≤3 且四邊支撐的疊合板，可按雙向板設計，宜采用整體式接縫或無接縫。按單向板設計宜采用分離式接縫設計［2］。圖1 為疊合板的預制底板布置形式示意圖。

圖1 疊合板的預制底板布置形式示意圖

如圖1（a）所示，分離式接縫無需設置后澆帶。圖1（b）方案需要設置板側整體式接縫，實現(xiàn)鋼筋與混凝土連續(xù)受力，但施工工序較復雜，現(xiàn)場支模、綁筋工作量大，未體現(xiàn)裝配式結構優(yōu)勢。圖1（c）方案整體性好，但板塊拆分尺寸大，不利于加工生產(chǎn)和標準化設計。可見，在預制疊合板底板處直接拼縫，安裝方便，施工速度快，與整體式接縫相比，施工工藝具有效率優(yōu)勢［3］。

2 分離式拼縫構造分析

采用典型分離拼縫構造，在荷載作用下，無附加鋼筋時，由于施工荷載出現(xiàn)裂縫，荷載不增加，裂縫仍將向上部發(fā)展，直至破壞。為避免接拼縫處發(fā)生破壞，控制裂縫發(fā)展，根據(jù)現(xiàn)行設計規(guī)范，在預制底板表面設置附加鋼筋，現(xiàn)澆層施工完成并達到設計強度值后，構成疊合板，形成整體結構［4］。

裝配式結構的疊合板拼縫存在初始的裂縫，根據(jù)斷裂力學，裂縫尖端的應力強度因子 K 是控制裂縫發(fā)展的重要參數(shù)。當裂縫尖端的應力強度因子達到界限值 Kc時，裂縫將會失穩(wěn)擴展，Kc為材料的斷裂韌性。裂縫失穩(wěn)擴展的臨界條件［5］如式（1）所示。

應力強度因子 K（kN/mm）超過材料的斷裂韌性 Kc（kN/mm），裂縫將失穩(wěn)擴展，導致構件破壞。而附加鋼筋對裂縫發(fā)展起到約束作用，增大了裂縫發(fā)展的應力強度因子。疊合板拼縫處裂縫尖端的應力強度因子如式（2）所示。

附加鋼筋產(chǎn)生了阻止裂縫開展的反向應力強度因子，使得裂縫尖端處應力強度因子下降，當值小于混凝土裂縫韌性時，裂縫不會發(fā)展。當附加鋼筋產(chǎn)生的阻力逐漸增大，附加鋼筋產(chǎn)生的逆向應力強度因子也隨之增大，裂縫應力強度因子則趨于減小，限制裂紋發(fā)展。設置附加鋼筋的鋼筋混凝土疊合板其裂縫起始擴展角方向將垂直于拼縫沿疊合面方向發(fā)展?；诓牧狭W垂直于接縫方向單位板寬抗彎剛度如式（3）所示。

式中：Ec為混凝土彈性模量，MPa；Iy為截面慣性矩，mm4；η 為垂直于接縫方向單位板寬抗彎剛度拆減系數(shù)；b 為單位板寬，mm；h 為疊合板總厚度，mm；

疊合板拼縫部位受力情況不符合平截面假設。在荷載作用下，接縫區(qū)域一定范圍出現(xiàn)零應力，中性軸上移，抗彎截面減小，鋼筋應變值變化平緩，拼縫結構未能有效傳力，未充分發(fā)揮鋼筋抗拉性能，疊合板底板與現(xiàn)澆層不能有效實現(xiàn)整體受力、協(xié)同工作。由此可見，疊合板整體承載力取決于拼縫部位實際截面的承載能力。提高疊合板整體承載力必須合理構建拼縫部位受力體系，優(yōu)化構造節(jié)點作法，提高疊合板整體性能。

3 疊合板拼縫構造節(jié)點優(yōu)化

附加鋼筋產(chǎn)生的阻裂機制，能夠改變疊合板拼縫處受力特征，疊合面與拼縫處的最大正應力方向改變，最大正應力方向將趨向于沿疊合面水平方向，即裂縫發(fā)展至疊合面后，改為垂直于拼縫方向發(fā)展，不形成貫通裂縫。但是按分離式接縫設計的疊合樓板，經(jīng)混凝土現(xiàn)澆層形成整體板塊后，受力模式具有明顯的雙向板受力特征［6］，簡單地按單向板受力模式設計拼縫節(jié)點，顯然存在不合理性。

疊合板底板面設置附加鋼筋對疊合板承載能力具有一定的貢獻，形成了阻裂機制，但是由于計算高度較小，相對于板面較薄弱，降低了疊合板的整體承載力，隨拼縫寬度的增大，影響愈加明顯，疊合板拼接部位易產(chǎn)生應力集中，在預制板與后澆混凝土界面受彎承載力低、撓度較現(xiàn)澆板大，易發(fā)生開裂、破壞。

為提高正常使用狀態(tài)下的的開裂載荷值，對拼縫部位進行節(jié)點優(yōu)化，提高節(jié)點部位受力性能。疊合板底板上表面設置附加鋼筋，且具有足夠的錨固長度，使構件不但具有足夠的承載力，同時具有足夠的抗裂能力。疊合板縱向長邊設置 40～60 mm 拼縫，與疊合層混凝土同時澆筑施工。拼縫底部設通長鋼筋，通過拉鉤與疊合層上鐵拉結，形成拼縫部位鋼筋桁架結構，如圖2 所示。

圖2 拼縫部位節(jié)點優(yōu)化示意圖（單位：mm）

在設計的使用荷載條件下，疊合板拼縫部位不設置鋼筋桁架結構，疊合板的承載力和變形能夠滿足要求，鋼筋屈服后將可能發(fā)生脆性破壞。設置鋼筋桁架結構，有效傳遞剪力和彎矩，提高疊合板的延性，對疊合板的整體承載力有明顯貢獻。通過對單向疊合板拼縫部位節(jié)點的優(yōu)化設計，改善了單向疊合板澆筑完成后形成的整體板塊的受力性能，提高了抗裂性和整體性。

4 工程實踐

本工程總建筑面積 128 316.32 m2，4 棟主體均為住宅樓，地上 28 層，層高 2.80 m，裝修標準為精裝修。建筑設計使用年限 50 年。抗震設防烈度為 8 度。建筑結構形式為裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構?？照{板、樓梯梯段等為預制構件，首層頂板至屋頂層地板為疊合樓板，其他樓板為鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，外墻為鋼筋混凝土剪力墻結構，部分內墻為預制墻板。符合標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理的工業(yè)化建筑特征。

根據(jù)初步結構設計節(jié)點詳圖，疊合板縱向拼縫為典型分離式接縫設計，疊合板底板板面設置Φ8@200 附加鋼筋，錨固長度 90 mm，2Φ8 通長鋼筋與附加鋼筋綁扎。優(yōu)化前預制疊合板拼縫構造如圖3 所示。

圖3 單向板側拼縫節(jié)點一般做法（單位：mm）

圖3 為典型單向板側邊分離式拼縫節(jié)點做法，疊合板在現(xiàn)澆層澆筑前已經(jīng)存在初始裂縫?，F(xiàn)澆層澆筑完成后，拼縫部位較薄弱，傳力性能較差，在載荷作用下，易發(fā)生應力集中，裂縫易在拼縫縫部位集中出現(xiàn)，破壞疊合板整體性能。

經(jīng)過分析與研究，對疊合板拼縫部位節(jié)點構造進行優(yōu)化設計，疊合板縱向拼縫縫隙部位設 60 mm 寬現(xiàn)澆帶，疊合板底板板面設置Φ8@200 附加鋼筋，錨固長度 15 d（d 為鋼筋直徑），Φ8@250 通長鋼筋與附加鋼筋綁扎。后澆帶中設 1Φ8 縱向通長鋼筋與疊合板現(xiàn)澆層縱向鋼筋采用 Φ6@600 拉鉤形成桁架體系。優(yōu)化后預制疊合板拼縫構造如圖4 所示。

圖4 單向板側拼縫節(jié)點優(yōu)化做法（單位：mm）

疊合板整體承載力受拼縫部位構造影響顯著，取決于拼縫部位實際截面的承載能力值。疊合板拼縫部位設置鋼筋桁架體系后，鋼筋可有效傳力，附加鋼筋向疊合板底板受力鋼筋充分傳遞，發(fā)揮鋼筋抗拉性能，增強拼縫部位結構可靠性，削弱剛度發(fā)展突變，提高抗剪承載力，更有效抑制裂縫的發(fā)生，從而避免脆性破壞。

通過工程實踐，疊合層澆筑完成后，板面未出現(xiàn)開裂，拼縫部位平整度偏差均≤1.5 mm，無裂縫出現(xiàn)，較傳統(tǒng)拼縫節(jié)點做法，疊合板采取鋼筋空間桁架構造設計，改善了拼縫部位的受力性能，收到較好的實際效果。

5 結 論

疊合板按構造可分為預制底板和現(xiàn)澆疊合層，在荷載作用下，預制底板與現(xiàn)澆疊合層應力、應變呈非線性變化。受拉鋼筋應力超前，疊合層混凝土受壓應變滯后。疊合層界面的相對滑移作用，二次受力、混凝土的收縮作用都對疊合板受力狀態(tài)產(chǎn)生影響，受力情況復雜。為了能夠清晰了解疊合板在荷載作下的受力狀態(tài)，保證結構整體性能，疊合板拼縫部位構造應做為疊合板的重要構造組成深入進行分析和研究。通過對單向疊合板拼縫構造的受力分析對拼縫構造進行了優(yōu)化償試，并經(jīng)過工程實踐驗證，得出如下結論。

1）單向疊合板拼縫部位設置鋼筋網(wǎng)架的優(yōu)化措施，有效削除了相臨預制疊合板間由于尺寸偏差和安裝誤差引起的細微偏差，確保了結構施工質量，并為后期裝修工作提供較好的施工條件。

2）通過對單向疊合板拼縫部位的優(yōu)化設計，拼縫部位采取鋼筋桁架構造措施，拼縫寬度宜設置在 40～60 mm，有效削弱剛度突變，實現(xiàn)拼縫部位對彎矩作用的傳遞，提高了單向疊合板的整體承載能力。

3）通過板縫節(jié)點構造優(yōu)化，疊合板現(xiàn)澆層施工完成后，形成整體板塊。由于疊合樓板整體受力模式在實際使用過程中具有雙向板受力特征，對于疊合板底板的拆分，建議板縫避開彎矩較大部位，更有利于結構整體性能。