什么样叫叠加梁,预应力水泥叠加板试验初探
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一说起叠合梁,相关建筑人士还是比较陌生的,以下就是中国本网为建筑人士整理相关叠合梁的基本资料,具体内容如下:

混凝土叠合结构是在预制构件上浇筑混凝土而形成的一种装配整体式结构。与现浇结构相比,可以节省三材,施工简便能够缩短工期。与装配式结构相比,叠合结构的整体刚度好、抗震性能优越。叠合楼板兼具现浇和预制的特点,目前已经广泛应用于装配式结构中。我国相关国家标准对叠合板的设计和施工有明确的规定,但仅限于单向叠合板。单向叠合板适用的跨度小,板厚大,裂缝不宜控制,在工程中受到很多限制。不带肋预制叠合板在运输过程中易发生折断破坏,预应力反拱值也难以控制,同时兼具施工时需要设置支撑,构件自重大,施工工艺复杂等缺点。因此,国内学者提出了预应力带肋薄板和空心叠合楼板,并进行了试验研究[3,4]。目前预制带肋板多为单向受力板,由于只能单向配筋,垂直板长度方向的裂缝难以控制。综上,本文提出一种新型带肋预应力混凝土叠合板。其做法是:以预制的预应力带肋板为底板,肋板之间填充保温板;后期浇筑混凝土时以预制肋板为模板。该叠合板的优点是:首先加劲肋提高了预制板的刚度和承载力,并且增加了预制板与叠合层的粘结力,提高了叠合板的抗剪强度;其次聚苯乙烯泡沫板不仅起到保温作用并且减轻构件自重;后期浇筑混凝土时,施工过程中无需设置支撑,简化了施工。

叠合梁是建筑专业术语,叠合梁即为在装配整体式结构中分两次浇捣混凝土的梁。第一次在预制场内进行,做成预制梁;第二次在施工现场进行,当预制楼板搁置在预制梁上之后,再浇捣梁上部的混凝土使楼板和梁连接成整体。叠合梁按受力性能又可分为"一阶段受力叠合梁"和"二阶段受力叠合梁"2类。前者是指施工阶段在预制梁下设有可靠支撑,能保证施工阶段作用的荷载全部传给支撑:后者则是指施工阶段在简支的预制梁下不设支撑,施工阶段的全部荷载完全由预制梁承担。

1试验概况

叠合梁的机构设计:

1.1试件设计与制作

叠合梁按受力性能可分为“一阶段受力叠合梁”和“二阶段受力叠合梁”两类。前者是指施工阶段在预制梁下设有可靠支撑,能保证施工阶段作用的荷载不使预制梁受力而全部传给支撑,待叠合层后浇混凝土达到一定强度后,再拆除支撑,而由整个截面来承受全部荷载;后者则是指施工阶段在简支的预制梁下不设支撑,施工阶段作用的全部荷载完全由预制梁承担。

试验选用本文提出的新型预应力混凝土叠合板,共2个试件,编号分别为S1、S2。尺寸为2000mm×4640mm×160mm。预制肋板纵筋为预应力钢筋6ΦH7,普通钢筋610;肋梁纵筋为普通钢筋66。混凝土等级为C40,预应力钢筋采用先张法张拉。试件的尺寸见图1,配筋见图2。

结合后河工地的实际情况,施工阶段预制梁下无法加设支撑,因此应按“二阶段受力叠合梁”进行结构设计,即按两个阶段分析:第一阶段

叠合层混凝土未达到强度设计值前的阶段,预制构件按简支构件计算;第二阶段---叠合层混凝土达到强度设计值后的阶段,叠合构件按整体结构计算,此时还应考虑施工阶段及使用阶段两种情况。

根据启闭机工作桥梁的跨度及其它要求,确定梁的断面尺寸为0.25×1.1(宽×总高)m。对预制构件,为满足其刚度要求,截面高度按计算结果定为0.90m。进行结构设计时,分别选取了承受不同荷载的两根梁作为计算对象:L1主要承受启闭机基础荷载;L2主要承受启闭机房单侧墙重。计算预制构件时,主要包括正截面受弯承载力和斜截面承载力计算;计算叠合构件时,主要包括使用阶段及施工阶段的正截面受弯承载力和斜截面承载力计算、叠合面的受剪承载力计算以及最大裂缝宽度和最大挠度值计算。

根据以上计算结果,L1及L2纵向受力钢筋选配6Φ32,钢筋面积为4826mm2;箍筋选配φ12@150。最大裂缝宽度为0.179mm,小于规范规定的最大裂缝允许值0.30mm;跨中挠度最大为2.55cm,也满足规范要求的限值。

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1.2试验装置与加载方案

制作预制件时提前将应变片贴在底层钢筋和肋梁钢筋的适当位置;试验前在板底贴应变片并布置位移计。位移计和应变片布置见图3。试验装置如图4所示。试验采用沙袋堆载方式进行加载,模拟施工阶段试件所受的荷载。试验前先计算出预制板件的开裂荷载和极限荷载,以便试验中控制加荷大小,并进行比较。试验开始前对试件预加载,荷载值取计算开裂荷载的20%。正式加载时,达到计算开裂荷载90%前,每级荷载取计算开裂荷载的20%,开裂后,每级荷载取计算开裂荷载的10%;开裂后,达到计算极限荷载的90%前,每级荷载取计算开裂荷载的5%,每级荷载持续10min,待试件稳定后,观察试件的跨中挠度和裂缝,全部荷载施加完毕后依次卸载,观察试件的残余变形。

2试验结果和分析

2.1试验现象

荷载较小时,各测点的挠度和应力均较小,试件开裂前,测点的挠度与荷载近似成线性变化。当荷载达到32.5kN时,跨中位移为9.77mm,试件在肋梁的变截面处板的下表面首次出现微小裂缝,垂直板的长度方向,用裂缝观测仪测得裂缝宽度为0.02mm;继续加载,裂缝的长度和宽度都在不断增大,当达到极限荷载43kN时,跨中位移为13.01mm,裂缝宽度达到最大值0.16mm,裂缝贯通试件。试验过程中,叠合面处没有出现裂缝,说明预制板与后浇混凝土有很好的粘结力,肋板增大了预制板与后浇混凝土之间的摩擦力,增加了抗剪强度。试验结束后试件的残余变形为3.31mm。试件的最终变形图见图5。

2.2试验结果分析

试件的荷载—挠度曲线见图6。由图6可知,试件在加载至开裂荷载前,荷载与挠度成线性关系;随着荷载加大,裂缝也随之加宽加长,试件的极限荷载为43kN,跨中位移为13mm,远小于跨度的1/200[2](即23.2mm),符合规范要求。肋板变截面处的钢筋荷载—应力曲线见图7。由图7可知,纵筋的最大应力为258Mpa,小于钢筋的强度设计值360Mpa。由数据采集仪得到预应力钢筋的最大拉应力为974.2Mpa,小于预应力钢筋的强度设计值1110Mpa。钢筋产生最大应力点在试件的肋梁变截面处,应是由截面变化引起应力集中所致。

3有限元数值模拟分析

3.1有限元计算模型

本文采用ABAQUS有限元软件[5,6]对试件进行模拟。混凝土采用8节点六面体线性缩减积分单元(C3D8R);钢筋采用桁架单元,单元类型为2节点线性三维桁架单元(T3D2)。混凝土本构模型采用损伤塑性模型。混凝土的强度等级为C40,弹性模量:E=3.25e4MPa,ν=0.2。钢筋本构模型采用双线性随动强化弹塑性本构模型,采用Von-Mises屈服准则。钢筋采用HRB400级钢筋,弹性模量:E=2.0e5MPa,ν=0.3。钢筋部分通过EmbeddedRegion命令嵌入到混凝土中,使其协同受力变形。试件两端均为铰接,模拟铰支座。模型上施加均布荷载。有限元模型见图8。

3.2有限元计算结果与试验数据对比分析

图9为模型最终变形图:跨中位置处挠度最大,为10.57mm,小于1/200(23.2mm)。图10为模型中普通受拉钢筋的最终变形图:钢筋在跨中位置处的应力最大,为100.5Mpa,小于钢筋的强度设计值360Mpa。图11为模型中预应力钢筋的最终变形图:预应力钢筋的最大应力值为954.3Mpa。图12为模型肋梁中受压钢筋的最终变形图:钢筋在肋梁变截面位置处的应力最大,为118.4Mpa。有限元计算结果与试验值相差不大,具体数值比较见表1。总体来看,有限元模拟结果与试验结果变形趋势一致,数值相差不大,表明有限元数值模拟计算是可靠的。

叠合板中加入预应力钢筋,使试件产生了反拱,试件的挠度和裂缝均发展缓慢,并提高试件的承载力。正常使用状态下,预应力混凝土叠合板的裂缝和变形均能满足规范要求。试件在肋板变截面处由于截面突变,产生应力集中现象,裂缝也最早在此处出现,关于肋板的设计仍需改进。对叠合板进行加载试验,分析在正常使用状态和极限状态下的受力性能,并用有限元分析软件进行模拟计算,试验结果与模拟结果相差不大,可利用有限元软件对叠合板进行更深入的研究。

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