預應力混凝土疊合板的研究現狀及發展趨勢

孫冠華 劉 偉

（吉林建筑大學土木工程學院，吉林 長春 130118）

0 引言

近年來，國家鼓勵大力發展裝配式建筑，這有利于節約資源能源，減少環境污染，提高勞動生產率，保證施工質量，逐步實現建筑工業化。疊合板是在預制底板上部澆筑混凝土疊合層而形成的一種裝配整體式結構構件[1]。預應力混凝土疊合板分為預制底板和現場后澆疊合層兩部分，預應力混凝土疊合板已廣泛應用在裝配式結構中。在現場施工時，預制底板為永久模板，承擔結構的自重和施工荷載；在使用時，預制底板與疊合層形成統一的整體,共同承受上部結構傳到樓板上的荷載，以滿足樓板的實際使用要求。在普通混凝土疊合板中加入預應力鋼筋，對其施加預應力，能夠有效解決混凝土疊合板的底板開裂問題，提高疊合板的剛度和整體性。

目前，國內外學者對于混凝土疊合板和預應力混凝土疊合板的研究成果較多，本文將對研究現狀進行總結，對疊合板的應用趨勢及研究方向進行探討。

1 預應力混凝土疊合板研究現狀

1.1 預應力混凝土鋼筋桁架疊合板的研究

預應力混凝土鋼筋桁架疊合板是目前使用最為廣泛的預應力混凝土疊合板形式，與預應力混凝土平板疊合板相比可顯著提高底板剛度。桑愛華[2]等通過研究給出預應力疊合樓板的理論設計方法，提出預應力疊合板的制作工藝、薄板（預制底板）的安裝與疊合層的施工等，對預應力疊合板的發展奠定了堅實的理論基礎；聶建國[3]等對鋼筋桁架混凝土疊合板進行了試驗研究，試驗結果表明混凝土疊合板疊合層新舊混凝土接觸面采用不同做法，在受彎破壞前均未出現沿疊合面水平方向的剪切破壞，對板有抗震要求的，可在疊合層面上設置抗剪鋼筋，保證疊合板的整體性；盧家森[4]等通過對鋼筋桁架混凝土疊合板設計方法的研究，得到了鋼筋桁架混凝土疊合板基本的設計計算方法；劉文政[5]等分別對預應力混凝土鋼桁架（鋼筋桁架、鋼管桁架和鋼板桁架）和平板進行預制底板和疊合板受彎試驗，試驗結果表明，鋼桁架能顯著提升預制底板的抗彎能力，其中鋼管桁架的開裂荷載最高，預制底板的開裂荷載隨著預應力筋數量的增加而增大，鋼管桁架預制底板中鋼管桁架上弦桿中是否灌漿對板的受力性能影響不大，鋼筋桁架類型及桁架的有無對預應力混凝土疊合板的開裂荷載影響不大，為防止鋼桁架上弦發生失穩破壞，建立了預制底板上弦失穩彎矩計算式。

1.2 預應力混凝土鋼管桁架疊合板的研究

預應力混凝土鋼管桁架疊合板是在鋼筋桁架疊合板基礎上研發的一種疊合板形式，預應力抑制底板開裂，鋼管桁架能有效控制底板反拱，減小底板厚度、減輕板的自重，增強了底板的抗彎剛度和承載力，抗裂性較好。于敬海[6]等通過對預應力混凝土鋼管桁架疊合板一階段和二階段受力的對比試驗，發現鋼管桁架能增強混凝土疊合層與預制底板間的黏結力，“二階段受力”效應減小了疊合板的開裂荷載且增大了最大裂縫寬度，疊合面滿足抗剪要求等；吳楊[7]等對預應力鋼管桁架疊合板的設計方法做了深入研究，提出了簡化設計方法，即預應力方向按單向板設計，垂直于預應力方向按普通現澆混凝土雙向板設計。

1.3 帶肋預應力混凝土疊合板的研究

預應力疊合板帶肋可以有效增強底板剛度，減緩疊合板的反拱現象。常見肋的材料是混凝土，鋼肋正在研究探索階段。

吳方伯[8]等研發出了預應力帶肋底板（肋上預留孔洞）混凝土疊合板，混凝土肋中留設孔洞便于埋設管線，混凝土肋孔洞里澆筑混凝土形成預制底板與疊合層間的咬合力，但不足的是施工較復雜、施工效率低、對技術要求高等，吳方伯等認為帶肋應沿短跨方向布置，當疊合板長短跨比值≤2時，考慮雙向受力效應，當長短跨比值＞2時，按單向板設計；石磊[9]等提出一種預應力帶肋混凝土疊合板，對帶肋底板和帶肋疊合板分別進行試驗和數值模擬分析，結果表明其疊合板承載力與帶肋底板的混凝土強度等級、肋高、肋寬和疊合層厚度、配筋率有關，但需要注意的是每種影響因素都要在合理的區間。針對預應力混凝土帶肋疊合板中混凝土肋成型復雜問題，侯和濤[10]等提出一種預應力鋼肋疊合板（PCCSSR），通過試驗，發現疊合板的受彎性能和承載力與混凝土上翼緣厚度、波紋鋼腹板高度有關；波紋鋼腹板比直線鋼腹板具有更好的抗剪能力和平面外剛度，可以有效提高疊合板的抗彎剛度且具有良好的整體性。為探究不同板肋形式對帶肋預應力混凝土疊合板的影響，黃海林[11]等對不同板肋疊合板（矩形肋、T形肋）進行試驗，結果表明設置矩形板肋和T形板肋的疊合板，能達到與整澆板相同的受彎性能；提出了預制帶肋底板混凝土疊合板的開裂彎矩和極限彎矩公式。

2 預應力混凝土疊合板板縫拼接的研究

預應力混凝土疊合板是將預制預應力混凝土底板在接縫處拼接，然后在預制預應力混凝土底板上澆筑混凝土疊合層，形成預應力混凝土疊合板。目前預應力混凝土疊合板板縫拼接尚在研究探索中，主要參考混凝土疊合板的板縫連接進行設計施工。常見的板間接縫處連接主要有整體接縫、分離式接縫、密拼接縫等。板間接縫處連接好壞關系著整個疊合樓板的承載力，所以對這方面的研究顯得尤為重要。葉獻國[12]等對疊合板的拼接構造進行了研究，認為增加拼縫處連接鋼筋的數量和錨固長度可有效提高其承載力，疊合板在拼接處采用連接筋構造措施，在拼縫處能夠有效傳遞內力，接縫處連接良好，可以通過增加拼縫處截面的有效高度提高板拼接處的承載力；余永濤[13]等對單縫密拼鋼筋混凝土疊合板進行試驗研究，認為單縫密拼疊合板易在拼縫處沿著疊合面發生撕裂破壞，鋼筋桁架疊合板能有效控制此破壞的產生，提出了疊合板拼縫裂縫寬度和桁架鋼筋抗劈裂驗算的設計建議，給出了密拼拼縫的構造要求建議；顏鋒[14]等對足尺的混凝土疊合板進行試驗，結果表明，預制底板帶分離式的疊合板開裂荷載均低于整體現澆板，平板疊合板破壞時疊合面滑移，完全喪失承載力，屬于脆性破壞，應增設鋼筋桁架或在疊合面處設抗剪鋼筋防止發生剪切破壞；根據接縫位置和板的規格尺寸，崔士起[15]等設計了五種分離式接縫板。試驗結果表明，除六拼板試件外，其他預制底板均在受彎作用下開裂，接縫部位混凝土應變不符合平截面假定，接縫位置、數量、現澆疊合層厚度會直接影響接縫疊合板的抗彎剛度。

3 目前研究中存在的不足和應用趨勢

3.1 目前研究中存在的不足

（1）預應力混凝土鋼筋桁架疊合板采用整體接縫時，因其存在四周出筋，制作復雜、板接縫處需搭設模板整澆在一起，降低了使用效率；

（2）對大跨度、在復雜環境條件下應用預應力混凝土疊合板的研究較少；

（3）對預應力混凝土疊合板往往當成一個獨立的個體去考慮，很少對疊合板與鋼梁柱節點處的構造和施工技術進行研究；

（4）目前著重研究混凝土材料樓板，對輕質材料樓板研究不多；

（5）目前主要研究單向預應力疊合板，對雙向預應力疊合板的研究較少；

（6）實際使用時樓板上可能開設洞口，一旦開洞就會切斷普通鋼筋和預應力鋼筋，會使疊合板的受力性能和承載能力受到影響，目前對預應力混凝土疊合板的開洞研究較少；

（7）預應力混凝土預制底板分布筋單一，都是普通鋼筋，質量較大；

（8）對預應力混凝土疊合板的剛度計算和疲勞性能設計考慮不多，應在這方面進行廣泛研究；

（9）在研究過程中推導出的強度、剛度、彎矩等計算公式有特殊性、不太具有普遍性。

3.2 預應力混凝土疊合板應用趨勢及研究方向

（1）接縫處是疊合板的薄弱環節，目前對預應力混凝土疊合板接縫處的研究較少，應加強研究便捷高質量的接縫形式，提高施工效率。

（2）隨著裝配式建筑的不斷發展，預應力混凝土疊合板需要適應各種施工環境。應深入開展大跨度、無支撐、異形疊合板的研究，以及特定復雜環境下使用的預應力混凝土疊合板的研究。

（3）應重視預應力混凝土疊合板與框架整體受力機理研究，對預應力混凝土疊合板參與的裝配式建筑的抗震性能及影響因素也應進行重點研究。

（4）輕質混凝土疊合板可以減輕樓板自重、降低造價、低碳環保。因此，應加強對輕質高強混凝土樓板的研究，同時，可在混凝土摻入適量的粉煤灰和煤矸石、或加入由建筑垃圾制成的再生粗骨料達到節約資源、低碳環保的要求。

（5）為滿足建筑更大的跨度、剛度等要求，應加大對雙向疊合板和雙向預應力疊合板的研究。

（6）對開洞預應力混凝土疊合板也需建立理論依據，供實際工程參考。

（7）FRP筋自重輕、強度高、耐腐蝕性好，可用FRP筋作為預制底板分布筋，減輕底板自重。

（8）在預制底板或澆筑疊合層時加入適量鋼纖維材料，增強抗裂性能，延緩裂縫的產生和擴大。

（9）應完善各種預應力混凝土疊合板的設計計算方法，更好地滿足實際工程的需要。

4 結束語

隨著裝配式建筑的不斷發展，人們認識到預應力混凝土疊合板與普通現澆混凝土樓板相比，具有施工安裝方便，澆筑混凝土疊合層時不需要支模或減少支模、不用支撐或減少支撐，抗裂性好、撓度小、剛度較大、經濟性好等優點，便于實現建筑工業化發展，具有良好的應用前景。在預應力混凝土疊合板的施工技術的進一步研究中，應作好各相關資料的收集整理，完善相關研究內容，促進其在建筑工業化中的推廣應用，提升工程項目的施工質量及經濟效益。