預(yù)制裝配式混凝土疊合樓板研究綜述

林昕玥 張金丹 韋孔堅 羅韋強(qiáng) 韋晰能

摘要：疊合板是由預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土層疊合而成的裝配整體式樓板，是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)重要的水平受力構(gòu)件之一，其預(yù)制板既是樓板結(jié)構(gòu)的組成部分又是現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合層的永久性模板，施工方便，整體性好，在實際裝配式工程中運用廣泛。本文對疊合樓板的抗彎、抗剪及連接性能等進(jìn)行系統(tǒng)闡述，同時指出疊合版發(fā)展研究中存在的不足，為推導(dǎo)我國建筑工業(yè)化發(fā)展提供有力支撐。

關(guān)鍵字：裝配式混凝土;疊合樓板;研究現(xiàn)狀;發(fā)展歷程

1前言

隨著國民節(jié)能環(huán)保意識逐步增強(qiáng)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，傳統(tǒng)現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)由于勞動生產(chǎn)效率低、資源及能源消耗大、建設(shè)周期長以及對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，已無法滿足現(xiàn)階段住宅建造的需求。2013-2015年我國政府提出了關(guān)于建筑工業(yè)化的重要指示，大力發(fā)展綠色建材，推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，并且有裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程及裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點構(gòu)造等相關(guān)規(guī)范，使疊合構(gòu)件的設(shè)計與施工更加規(guī)范化，為疊合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展提供了可靠的理論指導(dǎo)，使得裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)得到大力發(fā)展。而樓板體系是建筑結(jié)構(gòu)的重要體系之一，占整個裝配式混凝土結(jié)構(gòu)比重較大，但傳統(tǒng)樓板體系施工工藝相對復(fù)雜，在一定程度上制約著整個工程的施工進(jìn)度[1]。預(yù)制疊合板不僅解決了現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中大量支模和鋼筋綁扎工作，提高現(xiàn)場施工效率，同時預(yù)制樓板生產(chǎn)難度小，適合工廠大規(guī)模生產(chǎn)。但是當(dāng)前我國大部分地區(qū)所采用的疊合樓板由于技術(shù)路徑等原因，依然存在標(biāo)準(zhǔn)化程度低、工廠生產(chǎn)效率低、預(yù)制構(gòu)件外伸鋼筋多以及現(xiàn)場安裝不方便等問題，未發(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)勢。因此，深入研究如何提高疊合樓板的承載力、施工速度，并使其更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保，這對推動裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展起著重要作用。

2 疊合板受力特點及分類

疊合板是預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土相結(jié)合的一種建筑模板。疊合板由預(yù)制板和現(xiàn)澆鋼筋混凝土層通過桁架筋連接，疊合而成的裝配整體式樓板。預(yù)制板既是樓板結(jié)構(gòu)的組成部分之一，又是現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合層的永久性模板，現(xiàn)澆疊合層內(nèi)可敷設(shè)水平設(shè)備管線。鋼筋桁架的主要作用是增強(qiáng)疊合層和預(yù)制底板界面（或稱為施工縫）上的抗剪承載力。混凝土疊合樓板按具體受力狀態(tài)，分為單向受力和雙向受力疊合板。按施工階段疊合樓板下部是否設(shè)置支撐，分為一次受力疊合板和二次受力疊合板，按構(gòu)造形式有鋼筋桁架混凝土疊合板、鋼筋桁架樓承板、預(yù)應(yīng)力鋼管桁架疊合板、預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板等常見疊合樓板，到了21世紀(jì)之后，由于新材料和新工藝的不斷更新，疊合板在我國的發(fā)展研究也是一直處于上升趨勢，各種新型的混凝土疊合板層出不窮。如螺旋肋鋼筋預(yù)應(yīng)力疊合板、預(yù)應(yīng)力輕骨料混凝土疊合板、預(yù)應(yīng)力輕骨料混凝土疊合板、纖維增強(qiáng)石膏板-鋼筋混凝土疊合樓板、預(yù)應(yīng)力輕骨料混凝土疊合板、復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)疊合板等。研究疊合板的受力特點發(fā)現(xiàn)，將疊合板受力較小的部分區(qū)域挖空或者充填其他輕質(zhì)材料，可以減輕構(gòu)件自重、省材料、省支撐，所以出現(xiàn)了一大批夾芯或空心疊合板，如預(yù)應(yīng)力混凝土雙向密肋夾芯疊合板和SPD 預(yù)應(yīng)力混凝土空心疊合板等;為了增強(qiáng)疊合層的抗剪能力，增加預(yù)制底板施工階段的剛度，又提出了PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板、WFB預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔疊合板、自承式鋼筋桁架混凝土疊合板以及帶肋預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板等。

3裝配式疊合板主要性能研究現(xiàn)狀

3.1抗彎性能研究現(xiàn)狀

陳安英、完海鷹等對鋼筋桁架組合樓板在施工階段和使用階段進(jìn)行抗彎性能試驗，發(fā)現(xiàn)組合樓板的破壞形式和抗彎能力與剪跨比有關(guān)，底部鋼板能夠明顯提高組合樓板的抗彎性能;通過理論分析，得出了疊合板桁架高度與施工階段板的最大無支撐跨度之間的關(guān)系[2]。李天、胡憲鑫等通過有限元軟件建立無底部壓型鋼板的雙向板、考慮底部壓型鋼板拼接和不考慮底部壓型鋼板拼接的樓板使用階段模型，通過計算和對比分析得出底部壓型鋼板對鋼筋桁架混凝土雙向板使用階段的承載力和抗彎剛度均有所提高[3]。陳思遠(yuǎn)開展了UHPFRC-RC疊合板的抗彎性能研究，表明UHPFRC-RC疊合板完全可以承擔(dān)各施工階段的荷載。王春平對復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)疊合板進(jìn)行抗彎性能試驗研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)底板在沒有支撐的情況下作為永久性底模是可行的。疊合板具有良好的整體工作性能，且復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)疊合板比現(xiàn)澆板要經(jīng)濟(jì)[4]。高新宇對鋼筋桁架混凝土疊合板預(yù)制底板力學(xué)性能進(jìn)行研究，表明鋼筋桁架可以明顯減小疊合板施工階段的撓度，提高了疊合板的抗裂性能和整體剛度[5]。翁傳陽通過對四塊混凝土疊合板進(jìn)行靜力加載試驗，討論不同長度的附加鋼筋和改變截面有效高度對疊合板抗彎性能的影響，結(jié)果表明合理地增加截面有效高度和控制附加鋼筋的長度，可以有效提高疊合板的承載力。同時在跨中附近設(shè)置格構(gòu)鋼筋能夠通過混凝土和附加鋼筋形成整體，提高疊合板的整體性[6]。

3.2疊合面抗剪性能研究現(xiàn)狀

80年代，我國成立了疊合結(jié)構(gòu)科研專題組，對疊合面抗剪等進(jìn)行研究，結(jié)果表明疊合面應(yīng)做成粗糙面以滿足抗剪要求。同時北京市建筑工程研究所對疊合面分別設(shè)置結(jié)合筋、粗糙面、刻槽面、光滑面等進(jìn)行研究，結(jié)果表明設(shè)置結(jié)合筋效果最好，采用光滑面效果最差。侯建國等進(jìn)行了 43 塊預(yù)應(yīng)力簡支疊合板的靜力加載試驗，研究表明，疊合面的受剪承載力除與疊合面的粗糙度、后澆混凝土的強(qiáng)度等級、結(jié)合筋的配筋率及抗拉強(qiáng)度有關(guān)外，還與預(yù)制薄板的混凝土強(qiáng)度等級、疊合面位置的高低、剪跨比及預(yù)應(yīng)力的大小等因素有關(guān)[7]。衛(wèi)軍等通過對三塊在疊合面進(jìn)行拉毛處理的鋼筋混凝土連續(xù)疊合板試驗，發(fā)現(xiàn)這種板具有較好的工作性能以及足夠的抗剪強(qiáng)度和延性，并提出了此類板的實用支座彎矩調(diào)幅系數(shù)[8]。劉成才分析了混凝土強(qiáng)度、配箍率、疊合面處理方式、跨高比等因素對疊合面抗剪性能的影響，發(fā)現(xiàn)疊合面抗剪強(qiáng)度隨后澆混凝土強(qiáng)度的提高而增加，在一定配箍率范圍內(nèi)，隨著配箍率的提高而提高，但隨著跨高比的增大，試件撓度增大，疊合面抗剪性能降低，且疊合面抗剪強(qiáng)度跟疊合面壓痕深度近似成正比例關(guān)系，但壓痕深度一般不宜超過 10mm，過深將影響預(yù)制構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度[9]。

3.3疊合板連接研究現(xiàn)裝

拼縫按照連接方式可分為分離式接縫（底板間不分開的“密拼”）和整體式接縫（底板間有后澆混凝土帶）。安徽建筑大學(xué)的丁克偉、吳飛等對帶拼縫的鋼筋桁架混凝土疊合板和一塊現(xiàn)澆矩形板進(jìn)行靜力加載破壞試驗，結(jié)果表明帶拼縫的疊合板具有較高的剛度與強(qiáng)度，同時可以通過限位器的約束作用來增加截面的剛度，提高構(gòu)件的抗裂性能。趙琪樂對預(yù)制底板后澆300mm拼縫和密拼兩種拼縫形式的雙向疊合板進(jìn)行極限承載力試驗，研究了疊合板內(nèi)力分布、變形特征、裂縫發(fā)展情況和破壞形式等特點，結(jié)果表明后澆300mm拼縫形式拼接的疊合板的整體性更好[10]。劉運林對雙向疊合樓板拼縫處受力機(jī)理進(jìn)行了研究，分析了拼縫處截面受力狀態(tài)、拼縫處鋼筋錨固受力狀態(tài)和疊合面的受彎狀態(tài)，探討了格構(gòu)鋼筋對疊合樓板的剛度和承載的影響，最后提出了一種新型增強(qiáng)拼縫連接形式，并用試驗驗證了其受力性能[11]。陳宜虎等提出一種雙向受力疊合樓板新型密拼連接技術(shù)，并對相關(guān)節(jié)點構(gòu)造進(jìn)行足尺試驗，結(jié)果表明：新型密拼構(gòu)造的受力性能基本等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，拼縫位置的封閉環(huán)形鋼筋能有效傳遞結(jié)構(gòu)內(nèi)力[12]。瞿偉對雙拼疊合樓板的抗彎性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明在彈性階段雙拼疊合樓板與現(xiàn)澆鋼筋混凝土現(xiàn)澆板撓度變形基本一致，鋼筋混凝土雙拼疊合板具有優(yōu)良的抗彎性能。且雙拼疊合樓板的拼縫的高度，橫向連接鋼筋的間距是影響鋼筋混凝土疊合板抗彎剛度的主要因素，而拼縫寬度以及橫向鋼筋連接長度，豎向鋼筋間距對雙拼疊合板的抗彎剛度影響較小[13]。

3.4新型疊合板研究現(xiàn)狀

近年來，隨著對普通混凝土疊合板理論基礎(chǔ)研究的日趨完善，我國對普通混凝土疊合板的研究開始朝著其他方面拓展，洪云希等利用保溫材料填充的方法，提高了原有空心和夾芯混凝土疊合板的使用性能[14]。周緒紅、吳方伯等研發(fā)了一種“PK 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板”，通過對預(yù)制底板和整體樓板進(jìn)行一系列破壞試驗，證明PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板承載力、剛度、抗裂性能、整體性等方面有著優(yōu)越的性能[15]。羅榮在“PK 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓板”的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，在 PK 預(yù)制底板混凝土肋上外包冷彎薄壁內(nèi)卷邊 C 型槽鋼，形成 “PKG 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓板”，并對“ PK 板”和 “PKG 板”的承載力、預(yù)應(yīng)力損失、變形及剛度等力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行了對比分析，得到結(jié)論 PKG 板比PK 板的受力性能更優(yōu)越[16]。譚永超設(shè)計了一種“蜂窩孔壓型鋼板—混凝土疊合板”，它由開有規(guī)則蜂窩狀孔洞的薄鋼板經(jīng)彎折或壓軋成型的波形鋼板與混凝土澆筑形成。通過對其預(yù)制板和疊合板進(jìn)行靜載試驗，表明疊合板剛度和承載力較大，具有良好的延性[17]。馮明遠(yuǎn)提出一種綠色、經(jīng)濟(jì)的“鋼肋預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板（PCSSR板）”，通過 8 塊足尺 PCSSR 試件的抗彎靜載試驗，結(jié)果表明板的破壞形態(tài)有典型的受彎破壞特征，其抗彎性能完全滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定和施工要求，增大上翼緣厚度和鋼腹板高度可明顯提高板的抗彎承載力和抗彎剛度[18]。黃超提出一種“頁巖陶粒混凝土疊合樓板”，通過對其單向板和雙向板進(jìn)行靜力堆載試驗，結(jié)果表明所有試件在活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下均處于彈性階段，跨中撓度遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，同等條件下試驗中所采用的疊合樓板剛度和抗裂性要優(yōu)于現(xiàn)澆樓板[19]。后續(xù)隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，性能優(yōu)越的疊合板類型會越來越多。

4 有待進(jìn)一步研究的問題

目前研究主要針對一次受力疊合樓板，但實際施工中，存在疊合樓板二次受力的情況，這部分有待更深一步研究。

疊合面是疊合板整體受力的薄弱部位，為了提高疊合面的抗剪強(qiáng)度，實際工程往往采用多種構(gòu)造措施組合的方式來提高疊合面的抗剪強(qiáng)度，但不同構(gòu)造形式對疊合面抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是否是簡單的疊加還有待進(jìn)一步的探究。

疊合板由于板端出筋、連接構(gòu)造不合理等因素，現(xiàn)有的混凝土桁架鋼筋疊合板并未在裝配式建筑實際項目中發(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)勢，如何將新材料、新工藝也運用到裝配式疊合板中有待更深一步研究。

疊合板拼縫處也是疊合板的薄弱部位，如處理不當(dāng)容易開裂，影響美觀和使用，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致滲水、漏水，新型板端拼縫也有待進(jìn)一步的探究。

5 結(jié)論

疊合板具有工作性能優(yōu)越、施工方便、便于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，是建筑工業(yè)化中普遍應(yīng)用的一種預(yù)制構(gòu)件。目前對疊合板在基本性能方面有較系統(tǒng)的研究，但實際應(yīng)用中還未真正發(fā)揮疊合板的優(yōu)勢，應(yīng)不斷加強(qiáng)疊合板的技術(shù)研究，如疊合板拼縫和疊合板出筋等技術(shù)難題，積極推動我國建筑工業(yè)化的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇衍江，薛守斌.疊合樓板發(fā)展與研究綜述[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（23）：22-28.

[2]陳安英，完海鷹，孫磊，馮然.鋼筋桁架組合樓板抗彎性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015，45（08）：59—63+90.

[3]胡憲鑫.鋼筋桁架混凝土樓板受力性能分析[D].鄭州大學(xué)，2015.

[4]陳思遠(yuǎn). UHPFRC-RC疊合板抗彎性能研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2014.

[5]高新宇. 鋼筋桁架混凝土疊合板預(yù)制底板力學(xué)性能的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2018.

[6]翁傳陽. 含附加鋼筋的混凝土疊合板試驗研究[D].安徽建筑大學(xué)，2014.

[7]侯建國，賀采旭.預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的疊合面受力性能研究[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報，1993（03）：307-316.

[8]衛(wèi)軍，荊建梅，聶建國，郭樂工.連續(xù)鋼筋混凝土疊合板性能的研究[J].鄭州工學(xué)院學(xué)報，1990（02）：55-60.

[9]劉成才.混凝土疊合結(jié)構(gòu)疊合面抗剪性能影響因素研究[J].中州大學(xué)學(xué)報，2020，37（03）：115-118+128.

[10]趙琪樂.帶拼縫鋼筋桁架混凝土疊合板靜載試驗研究[D].鄭州大學(xué)，2017.

[11]陳宜虎，盧旦，張敏，孫后偉，謝光信.雙向受力疊合樓板新型密拼連接技術(shù)研究[J].工業(yè)建筑，2020，50（05）：31-35.

[12]劉運林. 雙向疊合樓板拼縫處受力機(jī)理試驗研究與數(shù)值模擬[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2014.

[13]翟偉. 拼接疊合板的抗彎性能研究[D].安徽建筑大學(xué)，2015.

[14]洪云希， 劉學(xué)武， 唐義軍，等. 鋼筋混凝土雙向密肋夾芯保溫疊合板研究[J]. 新型建筑材料， 2011， 38（4）：31-35.

[15]吳方伯， PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的應(yīng)用研究. 湖南省，湖南大學(xué)，2003-12-18.

[16]羅榮. PKG預(yù)制底板及其疊合板的設(shè)計原理與受力性能研究[D].昆明理工大學(xué)，2018.

[17]譚永超. 蜂窩孔壓型鋼板—混凝土疊合板力學(xué)性能研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2016.

[18]馮明遠(yuǎn). 鋼肋預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板抗彎性能研究[D].山東大學(xué)，2017.

[19]黃超. 裝配整體式頁巖陶粒混凝土疊合樓板原型堆載試驗研究[D].武漢理工大學(xué)，2017.

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目;賀州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項目（賀科技20001）;廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2019KY0730）。

第一作者：林昕玥，女，廣西柳州人，2001年生，本科，裝配式建筑結(jié)構(gòu)

通訊作者：張金丹，女，湖南漣源人，1993年生，碩士，混凝土新材料結(jié)構(gòu)以及裝配式建筑結(jié)構(gòu)

賀州學(xué)院 建筑工程學(xué)院 廣西 賀州 542899