带桁架筋叠合梁计算

叠合楼板的现浇板具有结构整体性好、抗震性能好的优点,但是费工、需要大量的模板,施工周期长,生产难于实现工业化;预制板易于实现建筑构件工业化(设计标准化、制造工业化、安装机械化),构件制作不受季节及气候限制可提高构件质量,且施工速度快,可节省大量模板和支撑,但整体性差、不利于抗震、抗渗性差。那么能否将现浇板和预制板二者的优点结合在一起呢?叠合板就是兼有2种板的优点。叠合板由2部分组成预制部分多为薄板在预制构件加工厂完成施工时吊装就位,现浇部分在预制板面上完成预制薄板既作为永久模板而无需模板又作为楼板的一部分共同承担使用荷载。但是,叠合板主要存在2方面的问题:一是预制部分板很薄在板跨度较大的情况下刚度不足,预制部分在承担施工荷载时跨中挠度偏大二是预制部分和现浇部分交接面的抗剪问题。由于预制部分刚度的限制使得叠合板在大跨度结构中的应用受到限制

采用在叠合板中的预制部分加钢筋桁架的方法来提高预制部分的刚度和增加预制部分和现浇部分交接面的抗剪强度(图1)。在预制部分加入钢筋桁架,该桁架可以作为施工阶段的受力构件,在使用阶段可以作为抗剪件。由于桁架的刚度很大,可大幅度提高预制部分的刚度能解决大跨度下叠合板的刚度问题;同时加入钢桁架的腹杆能提高预制部分和现浇部分的整体性和交接面的抗剪性能,解决了新旧混凝土的共同工作问题。

计算模型

材料:混凝土,C30,弹性模量E=3.0E4N/mm2,(在施工荷载作用下,预制部分拉力小,可认为混凝土基本不开裂),泊松比0.2,剪切模量0.4E。钢筋:18和6,弹性模量E=20.0E4N/mm2。单元选择:预制部分采用8节点实体单元,钢筋桁架采用3D梁单元。约束条件:在预制部分两端底边施加约束,左侧约束所有平动位移,右侧仅约束Z向位移来模拟简支约束。荷载施加采用面荷载,压力为5.48kN/mm2施加在预制部分混凝土板顶面。在预制部分混凝土两端侧面施加10MPa的预压力模拟预应力的影响。3.2计算结果(1)板跨中挠度带钢筋桁架叠合板跨中挠度最大值Dmax=23.009mm,Dmax/L=1/260,小于规范规定的板跨中挠度允许值[1/200](图3) 普通叠合板跨中挠度最大值Dmax=42.73mm,Dmax/L=1/140,超过规范规定的板跨中挠度允许值[1/200](图4)。从两者的刚度对比来看,带钢筋桁架叠合板刚度增加明显,跨中挠度减小达46%。

(2)主应力带钢筋桁架叠合板主应力最大值Smax=1.271N/mm2未超过混凝土抗拉强度设计值1.5,混凝土不会开裂,与原假设相符,计算挠度可信(图5)。

普通叠合板主应力最大值Smax=19.271N/mm2 ,混凝土早已开裂,刚度将明显下降,与计算假定为弹性受力状态不符,实际挠度将远大于计算结果,不能满足刚度要求(图6)。

4结语

通过计算得到如下结论:

(1)加了钢筋桁架后,叠合板的挠度明显减少。

(2)混凝土的应力明显减少,有可能是混凝土处于弹性工作状态,受拉区混凝土不开裂。

(3)新型的叠合板可以适用于大跨度板。

(4)新型叠合板可以明显提高预制部分预现浇部分间的抗剪强度