織物增強混凝土模板疊合鋼筋混凝土單向板肋梁樓蓋抗彎承載力計算

卜中平 荀 勇

（1 蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院；2 鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院）

0 引言

織物增強混凝土（Textile-Reinforced Concrete簡稱：TRC）是一種新的建筑材料，它主要是由高性能細(xì)骨料混凝土和纖維織物組成，所謂織物是將連續(xù)的碳纖維或者耐堿玻璃纖維等通過紡織的技術(shù)如機織、針織、編織加工成平面或立體的織物。織物增強混凝土具有抗裂性好、耐久性好和耐腐蝕性強等特點[1-5]。近些年來，許多加固建筑公司使用碳纖維來修補混凝土梁，取得良好的表現(xiàn)。如今使用永久性模板來作為預(yù)制的構(gòu)件作為建設(shè)裝配式建筑的一部分，在能夠保證模板的結(jié)構(gòu)安全的前提下，裝配式建筑采用永久性模板這種模板，可以加快工程施工，盡管制作永久性模板的價格要高于傳統(tǒng)木模板或者鋼模板的支設(shè)、拆除模板，但是整個建設(shè)工程的生產(chǎn)效率大幅度提高，整體縮短了工期，節(jié)省了整個綜合工程成本。將TRC 和永久性模板結(jié)合用于疊合梁、帶肋梁樓蓋等結(jié)構(gòu)，使用混合編織的織物網(wǎng)，織物網(wǎng)本身抗拉抗沖擊能力較好，用來彌補混凝土本身抗拉強度較低的缺點。分析采用TRC 模板疊合樓蓋的破壞模式，推導(dǎo)出織物增強混凝土疊合單向板肋梁樓蓋抗彎承載力的計算公式，為今后的實際裝配式建筑中樓蓋工程的應(yīng)用，提供依據(jù)。

1 開裂荷載計算

將半跨單向板肋梁樓蓋截面視為T 型鋼筋混凝土受彎構(gòu)件進行計算，根據(jù)文獻(xiàn)[3]中單向板樓蓋的肋梁的縱向碳纖維與構(gòu)件中的中和軸距離過于接近，即靠近中和軸的縱向碳纖維的應(yīng)力應(yīng)變比值較小趨近于零，對于疊合樓蓋的正截面抗彎承載力的貢獻(xiàn)作用幾乎為零，本次計算認(rèn)為疊合樓蓋的抗彎承載力作為主要受力的是肋梁中受拉鋼筋以及靠近底部的碳纖維。首先假設(shè)整個截面的應(yīng)變在受力過程中一直保持平面，在疊合樓蓋構(gòu)件開裂前混凝土、織物及鋼筋的變形協(xié)調(diào)。混凝土受拉區(qū)域面臨開裂的時候應(yīng)變較小，混凝土壓區(qū)應(yīng)力接近三角形，拉區(qū)改用名義彎曲抗拉強度ft.f后，采用換算截面[7]的方式來計算出構(gòu)件開裂時的開裂彎矩。假設(shè)混凝土應(yīng)力圖為直線分布，則混凝土梁斷裂的名義彎曲抗拉強度ft.f如式⑴。

式⑷中：W0——采用換算截面得出梁受拉邊緣的截面抵抗距。

將疊合樓蓋的碳纖維的截面和受拉鋼筋的截面換算成混凝土面積。本次計算以受拉鋼筋的Es與混凝土的Ec的比值為αsc，碳纖維的Ef與混凝土的Ec的比值為αfc，則疊合樓蓋的底部受拉鋼筋對應(yīng)的截面積為αscAs，TRC 中碳纖維對應(yīng)截面積為αfcAf。

除了原位置縱向鋼筋的面積以及TRC 中縱向碳纖維的面積外，須在截面同一高度處增設(shè)附加面積(αsc－1)As和(αfc－1)Af，如圖1 所示。

圖1 單向板肋梁樓蓋截面換算示意圖

換算后的總面積Ac’如式⑸。

Ac’=Ac+（αsc－1）As+(αfc－1)Af⑸

受壓區(qū)高度xc由混凝土中壓、拉區(qū)對中和軸的面積距相等來確定，如式⑹、式⑺。

表1 為使用本次計算設(shè)計的計算公式計算文獻(xiàn)[3]中織物增強混凝土疊合單向板肋樓蓋試件承載力的計算結(jié)果和試驗值。根據(jù)對比，表明單向板肋梁樓蓋的計算值與試驗所得出的結(jié)果較吻合。

表1 疊合樓蓋的開裂荷載試驗值和計算值

2 織物增強混凝土疊合單向板肋梁樓蓋的抗彎極限承載力計算

2.1 基本假定

2.2 正截面計算公式

結(jié)合文獻(xiàn)[3]中單向板肋梁樓蓋試驗結(jié)果可知，疊合樓蓋在文獻(xiàn)[3]中呈現(xiàn)適筋破壞的形態(tài)，即樓蓋的下部鋼筋屈服以及受壓區(qū)的混凝土受壓破壞。疊合樓蓋的承載力計算模型如圖2。

圖2 單向板肋梁樓蓋抗彎承載力計算模型圖

根據(jù)上述式（20）可求出當(dāng)疊合樓蓋出現(xiàn)正截面彎曲破壞時所對應(yīng)的極限彎矩，結(jié)合文獻(xiàn)[3]中加載方式可以求出極限抗彎承載力Pu(Pu=24Mu/l0)，代入文獻(xiàn)中整澆樓蓋和疊合樓蓋所對應(yīng)的數(shù)據(jù)，將求出的計算值和試驗值進行對比如表2 所示，分析結(jié)果可知，本文公式的試驗值和計算值吻合度較好，故本文所提及的公式可用來計算這種構(gòu)件的抗彎承載力。

表2 極限抗彎承載力數(shù)據(jù)對比表