預應力次輕混凝土及其疊合構件的研究綜述

周方舟++傅曉冬++王鵬++嚴峻++臧洋++張耀文

摘 要：近年來，在政府的大力推廣下，裝配式建筑又掀起了一個新的發展階段。其中疊合梁板是裝配式建筑的重要構件，同時兼顧現澆結構整體性好和裝配式結構施工方便等優點。傳統的疊合梁使用的是普通混凝土，這導致疊合梁的自重過大，本文探索陶粒復合骨料混凝土（簡稱為次輕混凝土）應用到疊合梁的可性性。從陶粒復合骨料的變形性能、物理力學性能；疊合梁的受力性能以及疊合框架的受力性能四個方面發展現狀研究，分析陶粒復合骨料混凝土預應力疊合梁的應用前景。

關鍵詞：預應力；陶粒復合骨料混凝土；疊合梁；疊合框架

引言

近年來，我國的建筑業得到了迅猛的發展，然而相比于其他發達國家而言，我國建筑物傳統建造過程中占用和消耗了過多的建筑資源，并且存在施工周期比較長、工業化程度低以及施工環境差等問題。這說明在建造建筑物時，傳統的建造形式迫切需要得到改進，建筑工業化新型建造形式的出現可以有效的解決傳統建造方式中施工周期長、能源和勞動力消耗大以及施工環境差等問題，并且能夠提高施工效率和施工質量.

疊合梁是裝配式建筑的重要構件，同時兼顧現澆結構整體性好和裝配式結構施工方便等優點。傳統的疊合梁使用的是普通混凝土，這導致疊合梁的自重過大，致使其抗震性能不強；故本文探索陶粒復合骨料混凝土應用到疊合梁的可性性，研究陶粒復合骨料預應力疊合梁相關的發展現狀。

1.陶粒復合骨料混凝土簡介

陶粒復合骨料混凝土，即次輕混凝土，是指在輕粗骨料中摻入適量普通粗骨料，干表觀密度大于1950kg/m3，小于或等于2300kg/m3的混凝土，它是一種特定密度的復合骨料混凝土，在國外也稱做特定密度混凝土（specified density concrete）。次輕混凝土兼具了普通混凝土和輕骨料混凝土的優點。由于輕骨料的內養護作用，高強次輕混凝土克服了高強混凝土自收縮大、體積穩定性不良的缺點；同時由于用輕粗骨料取代了部分體積的粗骨料，使混凝土的自重得到一定幅度的降低，提高了材料的比強度，相對同強度等級的普通混凝土，彈性模量和力學性能下降不多，有的力學性能甚至更好，從而克服了輕骨料混凝土彈性模量低、力學性能不高的缺點，單方混凝土的原材料成本增加不多。

2.疊合結構簡介

混凝土疊合結構就是將整澆式結構根據其使用時和制造時的受力特點改變為預制的單個構件部分和現澆部分，其中預制的單個構件部分在工廠制造，然后將其運到現場裝配，再在其上澆筑振搗現澆部分，當現澆部分結硬后即形成混凝土疊合式裝配整體結構。

3.次輕混凝土變形性能研究

田耀剛[9]通過試驗分析研究了次輕混凝土的自收縮性能，試驗表明，與輕骨料混凝土和普通混凝土相比，次輕混凝土具有更小的干縮和自收縮性能，且收縮穩定期也較短；集料組成成分能顯著的影響次輕混凝土收縮性能，當普通骨料與輕骨料的體積相當時，次輕混凝土的收縮性能最小；同時，硅灰的摻入能夠顯著的提高次輕混凝土的短期收縮性能，然而對次輕混凝土中長期的收縮性能影響不大。

丁建彤、宋培晶等人[6]研究了次輕混凝土的收縮性能，試驗設計采用中、高吸水率性能的輕集料和低吸水率性能的輕集料混合的方法，試驗表明，在不增加次輕混凝土容重的前提下，能夠提高次輕混凝土的早期收縮性能；用剛度較大的普通粗骨料代替部分輕粗骨料，次輕混凝土的收縮性能隨著普通粗骨料的體積替代率的提高而下降，這種現象隨著混凝土齡期的增長而更加的明顯。

Arnon Bentur 等人[7]在0.33水灰比、10%硅灰摻量的普通高強混凝土中，分別用氣干輕骨料和飽和面干輕骨料取代普通骨料，體積替代率為25%，分別配制成兩種不同的復合骨料混凝土，試驗結果表明，高強混凝土的自收縮可以完全由飽和面干輕骨料消除；而氣干輕骨料雖然也能減少自收縮，但氣干輕骨料中水分不足是難以阻止高強混凝土自收縮的發生的主要原因。

4.疊合梁構件受力性能研究

清華大學過鎮海教授[8]通過對四根普通混凝土疊合梁和兩根整澆梁的對比試驗，主要研究分析了疊合梁的影響系數和二次受力性能，并發現二次受力的疊合梁存在受拉區鋼筋應力超前的不利現象，并且對于這種現象在設計時必須加以限制。

我國疊合結構科研組成立[2]，該疊合結構科研組人員在18年中分別對疊合結構體系的普通混凝土疊合梁板的斜截面理論設計方法；正截面的理論設計方法；裝配整體式新型建造形式的應用推廣研究；連續疊合構件受力試驗分析研究和設計方法四個方面的課題進行試驗研究和理論分析。

廣西大學課題組[3]通過對六根二次受力以及一根一次受力兩跨連續疊合梁與一根整澆連續梁進行單點受力試驗，并主要針對二次受力兩跨疊合梁的受力狀態進行研究。試驗理論分析研究得出了二次受力兩跨疊合梁預制部分跨中受拉鋼筋存在應力超前和現澆部分混凝土壓應變存在滯后的結論。文章還指出構件正截面抗彎性能受疊合高度比的影響較大，給出了二次受力兩跨連續疊合梁彎矩調幅系數建議值。

湖南大學馬遠榮[1]在導師廖莎的指導下，通過對3根相同規格的工字形截面活性粉末混凝土預應力疊合梁進行靜力加載試驗，得出了活性粉末預應力疊合梁沿截面高度的應變符合平截面假定，同時疊合梁的正截面承載力有較大的提高，活性粉末混凝土材料的也表現出良好的抗剪能力。現有規范對活性粉末混凝土疊合梁的抗剪計算值偏于安全。

5.疊合框架受力性能研究

長沙交通學院課題組[4]通過對一榀整澆框架與兩榀兩跨兩層3m×3m的疊合框架對比試驗進行分析研究。不僅進一步證實了二次受力疊合構件的預制部分受拉鋼筋應力超前及現澆部分混凝土壓應力滯后的結論。而且得出了疊合構件的承載力與整澆構件相當的結論。并提出疊合框架關鍵節點處的剛度問題，給出了關鍵節點處的合理構造措施。

長沙理工大學課題組[5]通過對一榀整澆框架和兩榀兩跨兩層的疊合框架的縮尺構件進行低周反復荷載抗震性能對比試驗研究。試驗研究表明，在低周反復荷載作用下兩榀兩跨兩層的疊合框架最終破壞形式為鉸型破壞機制，在進行試驗過程中兩榀兩跨兩層的疊合框架表現出良好的整體抗側性能，并且該疊合框架的疊合面粘結良好無裂縫產生，疊合框架與整澆框架耗能能力也相差不大。

6.小結

由此可見，國內外學者對次輕混凝土材料的變形性能、物理力學性能和疊合構件、框架的受力性能做了大量的研究，由相關文獻可知次輕混凝土較普通混凝土的重量降低，且其他相關性能差異不大或者下降不大；這一優點對裝配整體式結構的抗震有良好的效果，然而這些研究僅限于次輕混凝土材料本身的研究，并未將次輕混凝土應用到疊合梁上進行研究；次輕混凝土中的陶粒是混凝土中的薄弱點，故將次輕混凝土應用到疊合梁上還需要相應的試驗理論支撐。

參考文獻

[1] 馬遠榮.活性粉末混凝土（RPC）預應力疊合梁試驗研究[D].湖南大學，2002.

[2] 疊合結構專題組.鋼筋混凝土及預應力混凝土疊合結構設計方法的研究綜合報告，1981

[3] 鄧志恒，陸春陽，王良才.鋼筋砼連續疊合梁受力性能試驗研究[J].廣西土木建筑，1994，（03）：101-108.

[4] 宋建中，耿渝新.疊合框架受力性能的試驗研究[J].長沙交通學院學報，1996，（02）：65-74.

[5] 李佳升，沈長春，歐陽國輝.預應力混凝土疊合框架抗震性能試驗研究[J].長沙鐵道學院學報，2003，（04）：35-39.

[6] 宋培晶等.高強輕骨料混凝土的收縮及其影響因素的研究[J].建筑材料學報，（2）：138～144.

[7]Arnon Bentur， Shin-ichiIgarashi， KonstantinKovler. Prevention of autogenous shrinkage in high-strength concrete by internal curing using wet lightweight aggregates[J].Cement and Concrete Research， 2001， 1587-1591.

[8] 過鎮海.鋼筋混凝土疊合梁的受力性能和設計方法的試驗研究[M].北京：清華大學，1965，6

[9] 田耀剛. 高強次輕混凝土的研究[D].武漢理工大學，2005

【文章編號】1627-6868（2017）06-0025-02

【基金項目】江蘇省大學生實踐創新項目（201611117050Y）