新型的疊合板計算與分析

本文分析了疊合的兩個問題,提出用鋼筋桁架來解決這兩個問題的方法,並用ANSYS程序分別對新型疊合板合浦通疊合板進行了分析,比較了的計算效果。


1、概述

現澆板具有結構整體性好、抗震性能好的優點,但是費工、需要大量的模板,施工週期長,生產難於實現工業化;預製板易於實現建築構件工業化(設計標準化、製造工業化、安裝機械化),構件製作不受季節及氣候限制,可提高構件質量,且施工速度快,可節省大量模板和支撐,但整體性差、不利於抗震、抗滲性差。那麼能否將取現澆板和預製板二者的優點結合在一起呢?疊合板就是兼有兩種板的優點。疊合板由兩部分組成,預製部分多為薄板,在預製構件加工廠完成,施工時吊裝就位,現澆部分在預製板面上完成,預製薄板既作為永久模板而無需模板,又作為樓板的一部分共同承擔使用荷載。但是,疊合板主要存在兩方面的問題:一是預製部分板很薄,在板跨度較大的情況下剛度不足,預製部分在承擔施工荷載時跨中撓度偏大;二是預製部分和現澆部分交接面的抗剪問題。

由於預製部分剛度的限制,使得疊合板在大跨度結構中的應用受到限制。為了適應工程發展的需要,提高建築工程的工業化水平,有必要研究新型的疊合板結構。本文僅對提出的新型疊合板進行了有限元的分析計算。


2、解決方案

採用在疊合板中的預製部分加鋼筋桁架的方法來提高預製部分的剛度和增加預製部分和現澆部分交接面的抗剪強度(圖2.1),在預製部分加入鋼筋析架,該桁架可以起到在施工階段的受力構件,在使用階段可以作為抗剪件,同時又可以作為施工時的架立鋼筋。由於桁架的剛度很大,可大幅度提高預製部分的剛度,能解決大跨度下疊合板的剛度問題;同時加入鋼桁架的腹杆能提高預製部分和現澆部分的整體性和交接面的抗剪性能,解決了新舊混凝土的共同工作問題。

新型的疊合板計算與分析

新型的疊合板計算與分析


3、理論分析

為了進一步分析這種疊合板的受力性能,採用了大型有限元分析程序(ANSYS)對帶鋼筋桁架的疊合板和普通疊合板進行比較分析。


3.1 計算模型

材料:混凝土:C30,彈性模量E=3.0E4N/mm2,(在施工荷載作用下,預製部分拉力小,可認為混凝土基本不開裂),泊松比0.2,剪切模量0.4E,鋼筋:φ18和φ6,彈性模量E-20.0E4N/mm2單元選擇:預製部分採用8節點實體單元,鋼筋桁架採用3D梁單元。

約束條件:在預製部分兩端底邊施加約束,左側約束所有平動位移,右側僅約束Z向位移,來模擬簡支約束。

荷載施加:採用面荷載,壓力為5.48kN/mm2,施加在預製部分混凝土板頂面。

在預製部分混凝土兩端側面施加10Mpa的預壓力,模擬預應力的影響。


3. 2 計算結果

(1)板跨中撓度

帶鋼筋桁架疊合板跨中撓度最大值Dmax=23.009mm,Dmax/L=1/260,小於規範規定的板跨中撓度允許值[1/200]。

普通疊合板跨中撓度最大值Dmax=42.73mm,Dmax/L=1/140,超過規範規定的板跨中撓度允許值[1/200]。

從兩者的剛度對比來看,帶鋼筋桁架疊合板剛度增加明顯,跨中撓度減小達46%。

(2)主應力

帶鋼筋桁架疊合板主應力最大值Smax=1.271N/mm2,未超過混凝土抗拉強度設計值1.5,混凝土不會開裂,與原假設相符,計算撓度可信。

普通疊合板主應力最大值Smax=19.271N/mm2,混凝土早已開裂,剛度將明顯下降,與計算假定為彈性受力狀態不符,實際撓度將遠大於計算結果,不能滿足剛度要求。


4、結論

通過計算得到如下結論:

(1)、加了鋼筋桁架後,疊合板的撓度明顯減少。

(2)、混凝土的應力明顯減少,有可能是混凝土處於彈性工作狀態,受拉區混凝土不開裂。

(3)、新型的疊合板可以適用於大跨度板。

(4)、新型疊合板可以明顯提高預製部分預現澆部分間的抗剪強度。


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