疊合板脫模階段吊點設置分析

2021-09-26 03:42:36劉洧驥陳春濤

水電站設計 2021年3期

劉洧驥，陳春濤

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072；2.中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213；3.中電建成都建筑工業化有限責任公司，四川成都 610072）

0 前言

近年來裝配式混凝土結構發展迅速，疊合板作為其中重要的部件得到了廣泛應用，國家也先后發布了相應的規程規范及標準圖集。《裝配式混凝土結構技術規程》［1］及《混凝土結構工程施工規范》［2］中均要求構件脫模強度不低于15 MPa。在此強度脫模生產效率較高，但混凝土強度相對較低，若吊點設置不合理，疊合板極易在脫模階段開裂，造成構件報廢。本文針對疊合板混凝土強度為15 MPa時起吊脫模的情況，通過有限元模擬的方式對疊合板吊點設置進行研究。

1 模型建立

以常用的厚度為60 mm，桁架筋型號A80（見圖1），設計混凝土強度為C30的疊合板為研究對象。

圖1 A80桁架剖面及立面示意（單位：mm）

1.1 桁架筋的模擬

由于桁架筋的構造較為復雜，在有限元分析中不便于擴展參數研究，通過等剛度等質量換算的原則將其折算為矩形截面進行簡化建模。具體示意見圖2。

圖2 桁架筋三維模型

對A80桁架筋在同等荷載、計算長度及支座條件下，對采用三維桁架模型（見圖3）與采用換算后的矩形截面（見圖4）進行的變形分析結果進行對比，其結果基本一致，誤差在2%以內，采用換算后的矩形截面建模是可行的。

圖3 桁架筋三維模型變形結果（單位：mm）

圖4 桁架筋換算矩形截面變形結果（單位：mm）

1.2 疊合板的建立

混凝土板采用板單元建立，其厚度為60 mm；桁架筋采用桿單元建立，矩形截面寬度1.2 mm，高度126.2 mm，其布置基本原則為距板邊300 mm，中部間距600 mm。疊合板分析模型示例，如圖5所示。

圖5 疊合板分析模型示例

1.3 材料特性及邊界條件的定義

材料特性的確定：桁架筋材料選用HRB400，根據規范［3］其彈性模量取為2.0×105MPa；混凝土強度以C30為基準，對混凝土早齡期強度及彈性模量進行擬合后［4］，得出設計強度為C30的混凝土早齡期強度為C15時的彈性模量為1.82×104MPa。

邊界條件的確定：由于為起吊階段分析，且僅有對稱分布的豎向均布荷載作用，模型分析時僅需對各吊點處整體坐標Z向的位移進行約束即可。

2 開裂分析

2.1 開裂限值的確定

根據規范［2］的要求δct≥1.0f′tk，根據規范［3］取f′tk=1.27 MPa。δct為邊緣法向拉應力，故在計算開裂時不考慮截面抵抗矩塑性影響系數。如考慮鋼筋影響以換算截面計算，則有：

式中，M為疊合板跨中彎矩標準值，kN·m；W0為疊合板換算截面抵抗矩，m3；f′tk為混凝土抗拉強度標準值，MPa。

取保護層厚度為15 mm，板厚60 mm，對不同受力鋼筋配置情況取單位寬度疊合板進行截面換算（見表1）。

表1 疊合板換算截面

可見由于板類構件配筋率較小，鋼筋對截面剛度影響很小，在工程應用層面基本可以忽略不計，故在模擬分析中不考慮鋼筋的影響，按照規范［2］的要求按毛截面計算，如下式：

式中，W為疊合板毛截面抵抗矩，m3。

2.2 模擬分析

根據規范［1］的要求預制構件進行脫模驗算時，等效靜力荷載標準值應取構件自重標準值乘以動力系數后與脫模吸附力之和，且不宜小于構件自重標準值的1.5倍。動力系數與脫模吸附力應符合下列規定：

（1）動力系數不宜小于1.2；

（2）脫模吸附力應根據構件和模具的實際狀況取用，且不宜小于1.5 kN／m2。

根據上述要求對60 mm底厚的疊合板進行核算，以構件自重標準值乘以動力系數與脫模吸附力之和為控制荷載。

吊點考慮直接利用桁架筋上弦，桁架筋的節點距離為200 mm，故吊點間距取200 mm的倍數。

先以三根桁架間距600 mm，邊距300 mm的疊合板作為基本板型進行研究，對縱向吊點設置進行初步核算，具體板型見表2。

表2 基本板型情況

由于不考慮鋼筋影響，在彈性狀態下構件頂面和底面應力絕對值相等，故僅列出頂面主應力結果，同時本文分析均采用整體坐標系下應力結果，其中X向為板長方向，Y向為板寬方向。基本板型分析結果具體如圖6～10所示。

圖6 A1應力結果（MPa）

根據應力結果（見表3）分析，對于寬度不大于1 800 mm的疊合板，當縱向懸挑長度不大于400 mm同時縱向吊點間距不大于1 600 mm時，疊合板應力小于開裂應力限值；根據變形形狀可見，當疊合板較長且吊點設置間距較大時桁架筋線剛度有限，在計算疊合板開裂時若簡單以桁架筋劃分的單位簡支構件為基本單元并不是很合理。