横向连接式预制板整体性分析

丘 柏 良

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉　430070)



横向连接式预制板整体性分析

丘 柏 良

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉430070)

介绍了横向连接式预制板的基本原理，采用ANSYS有限元软件，对该法提升楼盖体系整体性的效果进行了分析，计算结果表明：采用横向连接法能有效地改善荷载的横向分布，增加空心楼盖体系的整体性，避免单体受力现象。

预应力空心板，有限元法，整体性

1　概述

以装配式预应力混凝土空心板为研究对象，针对装配式楼盖中的单向受力，锚固性能差，楼盖整体性不强，地震时房屋往往因空心板掉落而坍塌或对人们的生命财产安全造成威胁等现状，提出一种提高预应力空心板整体性能的横向连接方式，由在预制厂采用先张法施工制成预应力空心板，并且在空心板的横向预留实体的横肋，横肋中有孔洞。将空心板吊装到位后贯穿预应力钢筋使得多块空心板连成整体。为研究该法对空心楼盖体系的整体性的影响，采用ANSYS有限元分析软件建立模型并计算在不同荷载工况下楼盖体系的荷载横向分布影响线，进而得出空心楼盖体系整体性的影响因素，为工程应用提供设计依据和经验分析。

1.1基本原理

众所周知，预应力空心板的纵向板缝中通常采用嵌锁式键槽水泥砂浆灌缝[1]，灌缝中也可能铺有细直径钢筋。灌缝会沿板缝产生剪力，将其与相邻板的边缘保持近似相等的变形。但是，仅仅采用细石混凝土使得铰缝的抗剪强度不够，并且对施工时铰缝的处理要求比较大，增大了施工的难度。铰缝的抗剪强度除了受混凝土质量影响以外，在很大程度上取决于新旧混凝土间的粘结力和摩阻力，其中摩阻力=垂直力×摩阻系数。并且，水泥砂浆灌缝对于保证两板之间的整体性作用有限，使得板上荷载的分配机制并不理想。因此，设置横向的预应力钢筋，可以很好的改善空心板的横向连接，使得各空心板能够协同作用、共同分担荷载，从而最终提高整个空心楼盖的承载能力。同时，也降低了对铰缝处混凝土的施工要求。

1.2横向连接空心楼盖体系设计技术条件

横向连接式预应力空心板是由预制厂采用先张法施工制成预应力空心板，并且在空心板的横向预留实体的横肋，横肋中有孔洞，将空心板吊装到位后贯穿预应力钢筋使得多块空心板连成整体。具体设计技术条件见图1，空心板中含有横向端肋1，横向中间肋2，纵向边肋3，纵向中间肋4和空腔5，顶板面6，底板面7和预应力索预留孔8浇筑成一个整体，以及后浇混凝土铰缝9。

1.3有限元计算模型

以5.4 m跨径的装配式预应力混凝土空心楼盖为研究对象，具体分析横向连接预应力空心板的整体性能。采用的具体模型尺寸为板厚150 mm，横向由宽度为0.9 m的5块预应力空心板组成，具体模型参数如下：

1)钢筋混凝土部分。

混凝土采用C40。

混凝土弹性模量：Ec=3.35×104N/mm2。

混凝土泊松比：μ=0.2。

混凝土轴心抗压强度设计值：fc=21.1 N/mm2。

普通钢筋：HRB400，φ6。

2)预应力筋部分。

预应力筋采用消除应力高强螺旋钢丝，钢丝直径为φH5。

抗拉强度为：fptk=1 570 N/mm2。

设计强度：fpy=1 110 N/mm2。

弹性模量：Ep=2.05×105N/mm2。

泊松比：μ=0.3。

预应力筋线性膨胀系数：α=1.2×10-5/℃。

预应力空心楼板所采用的横向预应力钢筋的设置为：在楼盖的侧向约1/3和2/3处各设置一道，具体位置关系详见图3，荷载大小为40 kN/束。

楼盖横截面图、板平面图、板横截面图以及ANSYS有限元模型[2]如图2～图6所示。

2　计算结果及其分析

为进一步分析施加横向预应力前后，空心楼板的恒载横向分布系数，以跨中截面为研究截面，将板从左到右编号为1号板～5号板，计算出均布荷载分别作用在1号板～3号板时跨中截面的挠度，即工况1、工况2和工况3，计算结果见表1和表2。

表1　未施加横向预应力时各板挠度 mm

表2　施加横向预应力时各板挠度　mm

表3　未施加横向预应力时荷载分布系数

表4　施加横向预应力时荷载分布系数

由以上计算结果可以看出，施加横向预应力后，预应力空心板的整体竖向挠度有所减小，预应力空心板整体的荷载横向分布影响线变得平缓，说明荷载横向分布更为均匀，各板间的协同作用增强，由单板受力向多板协同受力转变；也说明施加横向预应力能较大程度的改善装配式预应力混凝土空心板的荷载横向分布，减小单板受力的现象发生，增大板与板之间的横向刚度和板与板之间的联系，从而达到提高楼盖的整体性效果。

3　结语

文中以5.4 m跨径的预应力空心板为研究对象，采用有限元程序ANSYS进行了有限元建模研究和施加横向预应力进行计算对比分析。通过对荷载横向分布影响线进行对比分析，对此方法对整体性的影响做了量化分析，得出以下结论：

对比施加横向预应力前、后空心板的跨中截面挠度值以及荷载横向分布影响线可知，采用横向连接方法能有效的改善荷载横向分布，增加空心楼盖体系的整体性，避免单板受力现象。且由于此方法施工简单，效果明显，推广使用此技术能解决我国预制构件领域中空心板整体性不强，铰缝处理麻烦等缺陷，对我国建筑产业现代化的推进有很大的工程价值[4]。

[1]薛以冠,李民,潘本栋.SP预应力空心板生产技术分析及改进方法[J].徐煤科技,1999(1):12-13.

[2]郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2005:134-145.

[3]王中伟.用铰接板法计算桥梁荷载横向分布影响线的程序算法[J].浙江交通职业技术学院学报,2003(1):15-21.

[4]柯善北.走出建筑产业现代化的中国路径[J].中华建设,2015(8):1.

Analysis on integrity of horizontal connection-style prefabricated slab

Qiu Boliang

(CollegeofCivilEngineering&Building,WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070,China)

The paper introduces basis principles of horizontal connection-style prefabricated slab, applies ANSYS finite element software, and analyzes its slab lifting integrity. The computation results show that: through applying horizontal connection method, it can effectively improve the horizontal load distribution, increase hollow floor integrity and avoid single stress phenomenon.

prestressed hollow slab, finite element method, integrity

1009-6825(2016)08-0059-03

2016-01-07

丘柏良(1991- )，男，在读硕士

TU311

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