预应力混凝土叠合板的二次受力与抗裂度计算

预应力混凝土叠合板的二次受力与抗裂度计算

叠合梁板抗裂度计算方法预制混凝土砌块保留了整个预制混凝土板的基本优点，并保留了通用钢筋混凝土砌块的基本优点。由于预制装配部分使用的是预制的高强度电线，因此在不降低承载量的情况下，可以减少弯曲和弯曲对钢的使用，这在设计中被广泛使用。国内在1958年对预应力混凝土叠合式吊车梁作了系统的试验研究,并提出了它的抗裂度计算方法.1967年建工部建筑科学院建筑结构研究所对预应力薄板的性能作了系统的研究,并提出了它的设计计算方法,特别是对薄板考虑混凝土塑性特点γ系数作了独到的研究和贡献,提出应取γ=2.2的建议,这一建议并为以后的研究所证实,为预应力叠合板的抗裂度计算做出了重要的贡献.我国TJ10-74规范,也列出了叠合梁板的抗裂度计算公式,但该公式只是理论上的推导,没有经过系统试验,与工程实践有一定出入.1977年我国成立了叠合结构专题科研组,对预应力混凝土叠合梁、板进行了广泛的和系统的试验研究,特别是对二次受力叠合梁、板的抗裂度计算,提出了独到的见解和计算公式.本文针对预应力混凝土叠合板的截面特征以及二次受力特点,在已有计算方法的基础上做了一些探讨.1应混凝土覆盖层的抗裂缝计算1.1曲时受拉构件塑性的分析预应力混凝土叠合板由于两次制造和二次受力,预制构件的厚度h1比相应整浇板厚度h要小,而叠合前加载只是作用在预制构件上,因此叠合后第二次加载时,受拉区的应变梯度比相应整浇板要大,即tanθ0>tanθ,见图1.板在弯曲时受拉区塑性的发展,主要是由于板截面上的应变不均匀造成的.中心受拉构件截面上承受的拉应力是均匀的,因而拉应变也是均匀的,当构件达到抗拉强度时,截面就开裂.受弯构件截面上应变不均匀,当下边缘纤维应力达到抗拉强度时,上一层的纤维尚未达到抗拉强度.由于混凝土的塑性性能,当荷载继续增加时,下边缘纤维的应变继续增加,但应力却不增加,由上一层纤维来承担增加的荷载,这样就出现塑性内力重分布和塑性区的发展.当上下层纤维的应变差越大,即截面上的应变梯度越大,上下层纤维互相牵制就当上下层纤维的应变差越大,即截面上的应变梯度越大,上下层纤维互相牵制就越大,塑性区的发展就越充分,开裂时下边缘的拉应变也就越大,这一因素对提高预应力混凝土叠合板的抗裂度是有利的.1.2叠合预应力损失预应力混凝土板由于收缩及徐变所造成的预应力损失与时间相关,预应力混凝土叠合板的叠合时间根据施工的情况,不可能完全一样.因此叠合时预应力的损失可能全部完成,也可只完成一部分,待板叠合后预应力继续发生损失,此时由于后浇混凝土的抑制,预应力的损失与叠合前不同.在设计预应力混凝土叠合板时,考虑到预应力损失在叠合前尚未全部完成,可以认为混凝土预压应力σp的提高.预制构件高度越小,叠合时间越早,混凝土预压应力提高得越多.1.3受拉边缘混凝土法向应力根据试验表明,预应力混凝土叠合板具有弹性好,受拉极限延伸率大,抗裂性好等特点.由于是两阶段制造、二次受力,其抗裂度计算必须考虑这一特点,其预制构件和叠合构件应分别按下列公式计算:(1)预制构件在荷载的短期效应组合下应符合下列规定:act——混凝土拉力限制系数,取等于0.7;γ——PK预应力混凝土叠合板受拉区塑性发展系数,取等于2.2.(2)叠合构件在荷载的长期效应组合下应符合下列规定:式中σlc——荷载的长期效应组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力;σpc——扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力,按现行规范公式(6.1.5-1)或公式(6.1.5-4)计算;ftk——预制构件混凝土的抗拉强度标准值;M1GK——预制构件自重、后浇混凝土自重在计算截面产生的弯矩标准值;M2L——第二阶段荷载的长期效应组合计算的弯矩值,取M2L=M2GK+ψqM2QK,此处ψq为活荷载的准永久值系数,M2QK为活荷载标准值在计算截面产生的弯矩标准值;W01——预制构件换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩;W0——叠合构件换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩,此时,后浇部分截面应按弹性模量比换算成预制部分的截面计算.2叠合混凝土构建.在板的拼缝处,由于后浇混凝土强度相对较低,且混凝土的预压应力σp=0,说明沿非预应力钢筋方向板的刚度是不均匀的,故预应力混凝土叠合双向板板底的裂缝一般是在拼缝处出现.为了解决这一问题,文献对叠合板拼缝处进行了特殊处理,配置非预应力穿孔钢筋、沿拼缝布置折线形钢筋.2.1钢筋混凝土构件裂缝1987年中国建筑标准设计研究所正式出版《预应力混凝土叠合板》标准设计图集,其叠合板为单向板,在沿预制薄板方向是叠合连续,而垂直于预制构件方向为悬臂构件,这对于板拼缝处的抗裂是不利的.文献将预制构件底板变薄(仅3cm),施工时穿上钢筋,叠合后形成叠合双向板,见图2.由于在施工中叠合板不加支撑,为二次受力构件,因而叠合前的荷载(包括预制构件自重、后浇混凝土自重)均由简支预制板承受,叠合后的双向板只承受后加的荷载(楼面装修荷载,其它活荷载).钢筋混凝土构件出现裂缝的主要原因是由于受拉区纤维的塑性的发展超过了混凝土抗拉强度时的应变.前苏联B.N穆拉谢夫的试验,将开裂时受拉区边缘拉应变的值为2倍抗拉强度时的拉应变,即εf=2ftk/Ec,式中εf为即将开裂时受拉区下边缘的拉应变,ftk为混凝土的抗拉强度,Ec为混凝土抗拉强度的拉应变.现行规范关于矩形截面的钢筋混凝土受拉、受弯构件及预应力混凝土受拉和受弯构件中,按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度计算公式为:显然,钢筋的应力σsk越小,配筋率ρte越大,最大裂缝宽度ωmax越小.钢筋的应力σsk在控制最大裂缝宽度ωmax起主要作用,对于钢筋混凝土受弯构件,,所以Mk的取值对最大裂缝宽度的影响最大.预应力混凝土叠合板是二次受力构件,大部分的自重荷载在施工阶段已被预应力薄板承受,只将后加的荷载由叠合双向板承受,大大减少了穿孔钢筋方向承受的弯矩,叠合板二次受力的特性对叠合板拼缝处的抗裂度是有利的.2.2折线形钢筋对凝土粘结的作用板拼缝处的刚度较弱,对叠合后楼盖的整体性和抗裂性不利.因而,文献采取在施工时板拼缝处布置折线形抗裂钢筋,如图3所示.穿孔钢筋叠合后可以有效地传递弯矩,在拼缝处,穿孔钢筋和混凝土的粘结有一定的减弱.在试验荷载作用下,裂缝首先出现在拼缝处.在拼缝处布置了折线形钢筋,增加了后浇混凝土与钢筋的粘结面,提高了拼缝处的刚度.通常认为,当混凝土的拉应力σc>ftk时,混凝土就会开裂.在混凝土未开裂前,混凝土应力σc和钢筋应力σs二者沿轴线均为常值,粘结应力τ=0,无相对滑移随着荷载的增加,混凝土应力和钢筋应力均增加,由钢筋和混凝土的物理力学性能,混凝土结硬后能与钢筋牢固地粘结在一起,受力时变形一致,不会产生明显的相对滑移.因而,拼缝处的折线形钢筋可以分担一部分应力,对拼缝处的抗裂作用是明显的.3抗裂钢筋一阶段充填法施工期间抗裂施工主要控制土本文预应力混凝土叠合板叠合后的抗裂性能进行了