橫向連接式預制板整體性分析

丘 柏 良

(武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢　430070)

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橫向連接式預制板整體性分析

丘 柏 良

(武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢430070)

介紹了橫向連接式預制板的基本原理，采用ANSYS有限元軟件，對該法提升樓蓋體系整體性的效果進行了分析，計算結果表明：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，避免單體受力現象。

預應力空心板，有限元法，整體性

1　概述

以裝配式預應力混凝土空心板為研究對象，針對裝配式樓蓋中的單向受力，錨固性能差，樓蓋整體性不強，地震時房屋往往因空心板掉落而坍塌或對人們的生命財產安全造成威脅等現狀，提出一種提高預應力空心板整體性能的橫向連接方式，由在預制廠采用先張法施工制成預應力空心板，并且在空心板的橫向預留實體的橫肋，橫肋中有孔洞。將空心板吊裝到位后貫穿預應力鋼筋使得多塊空心板連成整體。為研究該法對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算在不同荷載工況下樓蓋體系的荷載橫向分布影響線，進而得出空心樓蓋體系整體性的影響因素，為工程應用提供設計依據和經驗分析。

1.1基本原理

眾所周知，預應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直徑鋼筋。灌縫會沿板縫產生剪力，將其與相鄰板的邊緣保持近似相等的變形。但是，僅僅采用細石混凝土使得鉸縫的抗剪強度不夠，并且對施工時鉸縫的處理要求比較大，增大了施工的難度。鉸縫的抗剪強度除了受混凝土質量影響以外，在很大程度上取決于新舊混凝土間的粘結力和摩阻力，其中摩阻力=垂直力×摩阻系數。并且，水泥砂漿灌縫對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制并不理想。因此，設置橫向的預應力鋼筋，可以很好的改善空心板的橫向連接，使得各空心板能夠協同作用、共同分擔荷載，從而最終提高整個空心樓蓋的承載能力。同時，也降低了對鉸縫處混凝土的施工要求。

1.2橫向連接空心樓蓋體系設計技術條件

橫向連接式預應力空心板是由預制廠采用先張法施工制成預應力空心板，并且在空心板的橫向預留實體的橫肋，橫肋中有孔洞，將空心板吊裝到位后貫穿預應力鋼筋使得多塊空心板連成整體。具體設計技術條件見圖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和預應力索預留孔8澆筑成一個整體，以及后澆混凝土鉸縫9。

1.3有限元計算模型

以5.4 m跨徑的裝配式預應力混凝土空心樓蓋為研究對象，具體分析橫向連接預應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塊預應力空心板組成，具體模型參數如下：

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。

混凝土軸心抗壓強度設計值：fc=21.1 N/mm2。

普通鋼筋：HRB400，φ6。

2)預應力筋部分。

預應力筋采用消除應力高強螺旋鋼絲，鋼絲直徑為φH5。

抗拉強度為：fptk=1 570 N/mm2。

設計強度：fpy=1 110 N/mm2。

彈性模量：Ep=2.05×105N/mm2。

泊松比：μ=0.3。

預應力筋線性膨脹系數：α=1.2×10-5/℃。

預應力空心樓板所采用的橫向預應力鋼筋的設置為：在樓蓋的側向約1/3和2/3處各設置一道，具體位置關系詳見圖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　計算結果及其分析

為進一步分析施加橫向預應力前后，空心樓板的恒載橫向分布系數，以跨中截面為研究截面，將板從左到右編號為1號板～5號板，計算出均布荷載分別作用在1號板～3號板時跨中截面的撓度，即工況1、工況2和工況3，計算結果見表1和表2。

表1　未施加橫向預應力時各板撓度 mm

表2　施加橫向預應力時各板撓度　mm

表3　未施加橫向預應力時荷載分布系數

表4　施加橫向預應力時荷載分布系數

由以上計算結果可以看出，施加橫向預應力后，預應力空心板的整體豎向撓度有所減小，預應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，各板間的協同作用增強，由單板受力向多板協同受力轉變；也說明施加橫向預應力能較大程度的改善裝配式預應力混凝土空心板的荷載橫向分布，減小單板受力的現象發生，增大板與板之間的橫向剛度和板與板之間的聯系，從而達到提高樓蓋的整體性效果。

3　結語

文中以5.4 m跨徑的預應力空心板為研究對象，采用有限元程序ANSYS進行了有限元建模研究和施加橫向預應力進行計算對比分析。通過對荷載橫向分布影響線進行對比分析，對此方法對整體性的影響做了量化分析，得出以下結論：

對比施加橫向預應力前、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，避免單板受力現象。且由于此方法施工簡單，效果明顯，推廣使用此技術能解決我國預制構件領域中空心板整體性不強，鉸縫處理麻煩等缺陷，對我國建筑產業現代化的推進有很大的工程價值[4]。

[1]薛以冠,李民,潘本棟.SP預應力空心板生產技術分析及改進方法[J].徐煤科技,1999(1):12-13.

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

[3]王中偉.用鉸接板法計算橋梁荷載橫向分布影響線的程序算法[J].浙江交通職業技術學院學報,2003(1):15-21.

[4]柯善北.走出建筑產業現代化的中國路徑[J].中華建設,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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