預(yù)應(yīng)力次輕混凝土及其疊合構(gòu)件的研究綜述

周方舟++傅曉冬++王鵬++嚴(yán)峻++臧洋++張耀文

摘 要：近年來，在政府的大力推廣下，裝配式建筑又掀起了一個(gè)新的發(fā)展階段。其中疊合梁板是裝配式建筑的重要構(gòu)件，同時(shí)兼顧現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體性好和裝配式結(jié)構(gòu)施工方便等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的疊合梁使用的是普通混凝土，這導(dǎo)致疊合梁的自重過大，本文探索陶粒復(fù)合骨料混凝土（簡稱為次輕混凝土）應(yīng)用到疊合梁的可性性。從陶粒復(fù)合骨料的變形性能、物理力學(xué)性能；疊合梁的受力性能以及疊合框架的受力性能四個(gè)方面發(fā)展現(xiàn)狀研究，分析陶粒復(fù)合骨料混凝土預(yù)應(yīng)力疊合梁的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；陶粒復(fù)合骨料混凝土；疊合梁；疊合框架

引言

近年來，我國的建筑業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，然而相比于其他發(fā)達(dá)國家而言，我國建筑物傳統(tǒng)建造過程中占用和消耗了過多的建筑資源，并且存在施工周期比較長、工業(yè)化程度低以及施工環(huán)境差等問題。這說明在建造建筑物時(shí)，傳統(tǒng)的建造形式迫切需要得到改進(jìn)，建筑工業(yè)化新型建造形式的出現(xiàn)可以有效的解決傳統(tǒng)建造方式中施工周期長、能源和勞動(dòng)力消耗大以及施工環(huán)境差等問題，并且能夠提高施工效率和施工質(zhì)量.

疊合梁是裝配式建筑的重要構(gòu)件，同時(shí)兼顧現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體性好和裝配式結(jié)構(gòu)施工方便等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的疊合梁使用的是普通混凝土，這導(dǎo)致疊合梁的自重過大，致使其抗震性能不強(qiáng)；故本文探索陶粒復(fù)合骨料混凝土應(yīng)用到疊合梁的可性性，研究陶粒復(fù)合骨料預(yù)應(yīng)力疊合梁相關(guān)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.陶粒復(fù)合骨料混凝土簡介

陶粒復(fù)合骨料混凝土，即次輕混凝土，是指在輕粗骨料中摻入適量普通粗骨料，干表觀密度大于1950kg/m3，小于或等于2300kg/m3的混凝土，它是一種特定密度的復(fù)合骨料混凝土，在國外也稱做特定密度混凝土（specified density concrete）。次輕混凝土兼具了普通混凝土和輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)。由于輕骨料的內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，高強(qiáng)次輕混凝土克服了高強(qiáng)混凝土自收縮大、體積穩(wěn)定性不良的缺點(diǎn)；同時(shí)由于用輕粗骨料取代了部分體積的粗骨料，使混凝土的自重得到一定幅度的降低，提高了材料的比強(qiáng)度，相對(duì)同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土，彈性模量和力學(xué)性能下降不多，有的力學(xué)性能甚至更好，從而克服了輕骨料混凝土彈性模量低、力學(xué)性能不高的缺點(diǎn)，單方混凝土的原材料成本增加不多。

2.疊合結(jié)構(gòu)簡介

混凝土疊合結(jié)構(gòu)就是將整澆式結(jié)構(gòu)根據(jù)其使用時(shí)和制造時(shí)的受力特點(diǎn)改變?yōu)轭A(yù)制的單個(gè)構(gòu)件部分和現(xiàn)澆部分，其中預(yù)制的單個(gè)構(gòu)件部分在工廠制造，然后將其運(yùn)到現(xiàn)場裝配，再在其上澆筑振搗現(xiàn)澆部分，當(dāng)現(xiàn)澆部分結(jié)硬后即形成混凝土疊合式裝配整體結(jié)構(gòu)。

3.次輕混凝土變形性能研究

田耀剛[9]通過試驗(yàn)分析研究了次輕混凝土的自收縮性能，試驗(yàn)表明，與輕骨料混凝土和普通混凝土相比，次輕混凝土具有更小的干縮和自收縮性能，且收縮穩(wěn)定期也較短；集料組成成分能顯著的影響次輕混凝土收縮性能，當(dāng)普通骨料與輕骨料的體積相當(dāng)時(shí)，次輕混凝土的收縮性能最小；同時(shí)，硅灰的摻入能夠顯著的提高次輕混凝土的短期收縮性能，然而對(duì)次輕混凝土中長期的收縮性能影響不大。

丁建彤、宋培晶等人[6]研究了次輕混凝土的收縮性能，試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用中、高吸水率性能的輕集料和低吸水率性能的輕集料混合的方法，試驗(yàn)表明，在不增加次輕混凝土容重的前提下，能夠提高次輕混凝土的早期收縮性能；用剛度較大的普通粗骨料代替部分輕粗骨料，次輕混凝土的收縮性能隨著普通粗骨料的體積替代率的提高而下降，這種現(xiàn)象隨著混凝土齡期的增長而更加的明顯。

Arnon Bentur 等人[7]在0.33水灰比、10%硅灰摻量的普通高強(qiáng)混凝土中，分別用氣干輕骨料和飽和面干輕骨料取代普通骨料，體積替代率為25%，分別配制成兩種不同的復(fù)合骨料混凝土，試驗(yàn)結(jié)果表明，高強(qiáng)混凝土的自收縮可以完全由飽和面干輕骨料消除；而氣干輕骨料雖然也能減少自收縮，但氣干輕骨料中水分不足是難以阻止高強(qiáng)混凝土自收縮的發(fā)生的主要原因。

4.疊合梁構(gòu)件受力性能研究

清華大學(xué)過鎮(zhèn)海教授[8]通過對(duì)四根普通混凝土疊合梁和兩根整澆梁的對(duì)比試驗(yàn)，主要研究分析了疊合梁的影響系數(shù)和二次受力性能，并發(fā)現(xiàn)二次受力的疊合梁存在受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力超前的不利現(xiàn)象，并且對(duì)于這種現(xiàn)象在設(shè)計(jì)時(shí)必須加以限制。

我國疊合結(jié)構(gòu)科研組成立[2]，該疊合結(jié)構(gòu)科研組人員在18年中分別對(duì)疊合結(jié)構(gòu)體系的普通混凝土疊合梁板的斜截面理論設(shè)計(jì)方法；正截面的理論設(shè)計(jì)方法；裝配整體式新型建造形式的應(yīng)用推廣研究；連續(xù)疊合構(gòu)件受力試驗(yàn)分析研究和設(shè)計(jì)方法四個(gè)方面的課題進(jìn)行試驗(yàn)研究和理論分析。

廣西大學(xué)課題組[3]通過對(duì)六根二次受力以及一根一次受力兩跨連續(xù)疊合梁與一根整澆連續(xù)梁進(jìn)行單點(diǎn)受力試驗(yàn)，并主要針對(duì)二次受力兩跨疊合梁的受力狀態(tài)進(jìn)行研究。試驗(yàn)理論分析研究得出了二次受力兩跨疊合梁預(yù)制部分跨中受拉鋼筋存在應(yīng)力超前和現(xiàn)澆部分混凝土壓應(yīng)變存在滯后的結(jié)論。文章還指出構(gòu)件正截面抗彎性能受疊合高度比的影響較大，給出了二次受力兩跨連續(xù)疊合梁彎矩調(diào)幅系數(shù)建議值。

湖南大學(xué)馬遠(yuǎn)榮[1]在導(dǎo)師廖莎的指導(dǎo)下，通過對(duì)3根相同規(guī)格的工字形截面活性粉末混凝土預(yù)應(yīng)力疊合梁進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，得出了活性粉末預(yù)應(yīng)力疊合梁沿截面高度的應(yīng)變符合平截面假定，同時(shí)疊合梁的正截面承載力有較大的提高，活性粉末混凝土材料的也表現(xiàn)出良好的抗剪能力?，F(xiàn)有規(guī)范對(duì)活性粉末混凝土疊合梁的抗剪計(jì)算值偏于安全。

5.疊合框架受力性能研究

長沙交通學(xué)院課題組[4]通過對(duì)一榀整澆框架與兩榀兩跨兩層3m×3m的疊合框架對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行分析研究。不僅進(jìn)一步證實(shí)了二次受力疊合構(gòu)件的預(yù)制部分受拉鋼筋應(yīng)力超前及現(xiàn)澆部分混凝土壓應(yīng)力滯后的結(jié)論。而且得出了疊合構(gòu)件的承載力與整澆構(gòu)件相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。并提出疊合框架關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的剛度問題，給出了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的合理構(gòu)造措施。

長沙理工大學(xué)課題組[5]通過對(duì)一榀整澆框架和兩榀兩跨兩層的疊合框架的縮尺構(gòu)件進(jìn)行低周反復(fù)荷載抗震性能對(duì)比試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明，在低周反復(fù)荷載作用下兩榀兩跨兩層的疊合框架最終破壞形式為鉸型破壞機(jī)制，在進(jìn)行試驗(yàn)過程中兩榀兩跨兩層的疊合框架表現(xiàn)出良好的整體抗側(cè)性能，并且該疊合框架的疊合面粘結(jié)良好無裂縫產(chǎn)生，疊合框架與整澆框架耗能能力也相差不大。

6.小結(jié)

由此可見，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)次輕混凝土材料的變形性能、物理力學(xué)性能和疊合構(gòu)件、框架的受力性能做了大量的研究，由相關(guān)文獻(xiàn)可知次輕混凝土較普通混凝土的重量降低，且其他相關(guān)性能差異不大或者下降不大；這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)裝配整體式結(jié)構(gòu)的抗震有良好的效果，然而這些研究僅限于次輕混凝土材料本身的研究，并未將次輕混凝土應(yīng)用到疊合梁上進(jìn)行研究；次輕混凝土中的陶粒是混凝土中的薄弱點(diǎn)，故將次輕混凝土應(yīng)用到疊合梁上還需要相應(yīng)的試驗(yàn)理論支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬遠(yuǎn)榮.活性粉末混凝土（RPC）預(yù)應(yīng)力疊合梁試驗(yàn)研究[D].湖南大學(xué)，2002.

[2] 疊合結(jié)構(gòu)專題組.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土疊合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究綜合報(bào)告，1981

[3] 鄧志恒，陸春陽，王良才.鋼筋砼連續(xù)疊合梁受力性能試驗(yàn)研究[J].廣西土木建筑，1994，（03）：101-108.

[4] 宋建中，耿渝新.疊合框架受力性能的試驗(yàn)研究[J].長沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，（02）：65-74.

[5] 李佳升，沈長春，歐陽國輝.預(yù)應(yīng)力混凝土疊合框架抗震性能試驗(yàn)研究[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，（04）：35-39.

[6] 宋培晶等.高強(qiáng)輕骨料混凝土的收縮及其影響因素的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，（2）：138～144.

[7]Arnon Bentur， Shin-ichiIgarashi， KonstantinKovler. Prevention of autogenous shrinkage in high-strength concrete by internal curing using wet lightweight aggregates[J].Cement and Concrete Research， 2001， 1587-1591.

[8] 過鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土疊合梁的受力性能和設(shè)計(jì)方法的試驗(yàn)研究[M].北京：清華大學(xué)，1965，6

[9] 田耀剛. 高強(qiáng)次輕混凝土的研究[D].武漢理工大學(xué)，2005

【文章編號(hào)】1627-6868（2017）06-0025-02

【基金項(xiàng)目】江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目（201611117050Y）