某項目后澆型與密拼縫型桁架鋼筋疊合樓板有限元分析比較

駱光威

摘要：在桁架鋼筋疊合樓板中，板與板之間的不同拼接形式，直接影響著整體樓板的受力。本文以具體實例為基礎(chǔ)，對后澆型和密拼縫型兩種最常用拼接方式的不同疊合樓板進行限元程序ABAQUS受力分析，并從混凝土、鋼筋的拉壓應(yīng)力、裂縫、撓度等方面受力結(jié)果進行比較。結(jié)果表明，后澆型和密拼縫型疊合樓板雖然拼接方式不同，在一些受力的細節(jié)方面存在差異，但總體的受力形式較為接近。在滿足合理的構(gòu)造要求的情況下，均能較好地表現(xiàn)出雙向板的受力模式。

關(guān)鍵詞：后澆型;密拼縫型;桁架鋼筋疊合樓板;有限元分析

Abstract： In the truss-reinforced composite floor slabs， the different splicing forms between the slabs directly affect the stress of the whole slab. Based on specific examples， this paper conducts the finite element program ABAQUS stress analysis of the two most commonly used splicing floors of the post-casting type and the close-fitting joint type， and compares the stress results from the tensile and compressive stress， cracks and deflection of concrete and steel bars.? The results show that although the post-casting type and the close-fitting type superimposed floor slab have different splicing methods， there are differences in some details of the stress， but the overall stress form is relatively close. In the case of satisfying reasonable structural requirements， they can better show the force mode of the two-way plate.

Key words： post-casting type;close-fitting joint type;truss-reinforced composite floor slab;finite element analysis

1? 項目概況

杭州某商品住宅項目，共22幢高層住宅樓，為滿足裝配式預(yù)制率要求，樓板大量采用了桁架鋼筋混凝土疊合樓板進行施工。以其中1#樓為例，該樓結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，層數(shù)共17層。

2? 裝配式疊合樓板設(shè)計情況

選取1#樓標準層中具有代表性的一塊樓板進行分析。該樓板長度為6.1m，寬為5.4m。疊合板總的厚度為160mm，由70mm厚的預(yù)制板部分和90mm厚的現(xiàn)澆部分組合而成。樓板砼強度等級均為C30，樓板鋼筋為HRB400。整體疊合板的配筋情況為板底配筋E8@120雙向，板面配筋E10@150雙向。三角桁架筋的下弦筋直徑為6mm，上弦筋的直徑為10mm，腹筋直徑為6mm。由于樓板跨度較大，疊合板均由3塊PC板拼接而成。

2.1 設(shè)計方案一

為了保證樓板傳力的連續(xù)性，同時避免后期拼接縫的裝飾處理工作，選擇后澆型拼接。拼接處后澆帶寬度為300mm，厚度同樓板板厚。疊合樓板的設(shè)計深化圖如圖1所示。其連接處節(jié)點選用圖2所示的構(gòu)造形式。

2.2 設(shè)計方案二

為了加快工廠流水線批量生產(chǎn)的效率，同時消除因后澆帶而增加的模板數(shù)量，選用密拼型設(shè)計。疊合樓板的設(shè)計深化圖如圖3所示。樓板側(cè)邊不出鋼筋，板與板之間的拼接選用圖4所示的構(gòu)造。板側(cè)與支座處的連接選用圖5（a）所示的構(gòu)造。板端由于是整體疊合樓板短跨方向的支座，為保證受力構(gòu)造，板端考慮出筋，其構(gòu)造節(jié)點如圖5（b）所示。板底搭接的附加鋼筋均采用E10@100。

3? 荷載計算工況

根據(jù)項目的具體情況，恒荷載取6.5kN/m2（包含樓板自重），活荷載取2kN/m2。計算應(yīng)力采用荷載設(shè)計值，計算撓度和裂縫采用準永久組合。此樓板為連續(xù)板，約束條件按四邊固支在200寬的剛性梁上考慮。

4? 前提條件及模型建立

由于疊合面存在凹凸槽，且有鋼筋桁架的作用，預(yù)制板與后澆疊合層咬合充分。而在以往的試驗中整體性表現(xiàn)也很好，無一發(fā)生疊合面粘結(jié)破壞現(xiàn)象[2]。因此可按疊合板整體工作考慮。為了減化計算，不考慮混凝土自身的收縮、徐變，不考慮鋼筋與混凝土的相對滑移。在ABAQUS計算中，利用Assembliy功能將預(yù)制、現(xiàn)澆、鋼筋拼裝為整體，預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分采用Tie連接。混凝土采用三維實體單元來模擬，鋼筋采用三維桁架單元來模擬。

5? 分析結(jié)果

5.1 板底鋼筋應(yīng)力

后澆型疊合樓板板底鋼筋應(yīng)力如圖6（a）所示，其最大的鋼筋拉應(yīng)力為9899.0kPa。密拼縫型疊合樓板板底鋼筋應(yīng)力如圖6（b）所示，其最大的鋼筋拉應(yīng)力為10573.6kPa，比前者增加6.8%。

5.2 板面鋼筋應(yīng)力

后澆型疊合樓板板面鋼筋應(yīng)力如圖7（a）所示，其最大拉應(yīng)力為17429.9kPa，最大壓應(yīng)力為9903.9kPa。密拼縫型疊合樓板板面鋼筋應(yīng)力如圖7（b）所示，其最大拉應(yīng)力為17752.5kPa，最大壓應(yīng)力為10074.8Pa。最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力分別比前者增加1.9%、1.7%。

5.3 混凝土主壓應(yīng)力

后澆型疊合樓板主壓應(yīng)力云圖如圖8（a）所示，板面主壓應(yīng)力最大值為1287.2kPa，位置在板面跨中。密拼縫型疊合樓板主壓應(yīng)力云圖如圖8（b）所示，其主壓應(yīng)力最大值為1563.6kPa，位置出現(xiàn)在密拼縫所對應(yīng)的位置，而板面跨中部位主壓應(yīng)力最大值為1297.2kPa。由于密拼縫的存在，板面主壓應(yīng)力在拼接縫處出現(xiàn)突變，并且出現(xiàn)了主壓應(yīng)力的最大值，其值比板跨中的主壓應(yīng)力最大值大20.5%，比方案一的板面主壓應(yīng)力最大值增加21.5%。受到密拼縫的影響，板面跨中主壓應(yīng)力最大值方案二比方案一增加了0.78%。

5.4 混凝土主拉應(yīng)力（俯視）

俯視圖中，后澆型疊合樓板主拉應(yīng)力云圖如圖9（a）所示，主拉應(yīng)力最大值為2393.5kPa。密拼縫型疊合樓板主拉應(yīng)力云圖如圖9（b）所示，主拉應(yīng)力最大值為2394.7kPa，比前者增加0.05%，二者較為接近。主拉應(yīng)力在密拼縫處同樣表現(xiàn)出突變。

5.5 混凝土主拉應(yīng)力（仰視）

仰視圖中，后澆型疊合樓板主拉應(yīng)力云圖如圖10（a）所示，主拉應(yīng)力最大值為1397.5Pa。密拼縫型疊合樓板主拉應(yīng)力云圖如圖10（b）所示，主拉應(yīng)力最大值為1435.1kPa，比前者增加2.7%。密拼縫型疊合樓板由于拼接縫處樓板傳力不連續(xù)，在此處明顯體現(xiàn)出應(yīng)力的突變。最大值仍出現(xiàn)在板底跨中，比方案一稍有增大，密拼縫對其數(shù)值的增加影響不大。

5.6 樓板撓度

后澆型疊合樓板撓度云圖如圖11（a）所示，其最大值為1.039mm。密拼縫型疊合樓板撓度云圖如圖11（b）所示，其最大值為1.024mm，比前者減少1.4%。由圖可見二者的變形形式均為鍋底型，其最大撓度值較為接近。三拼的密拼縫型疊合板，其拼接縫的設(shè)置并未對板跨中撓度產(chǎn)生不利影響。

5.7 板底最大裂縫寬度

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中裂縫計算公式計算樓板板底最大裂縫寬度。后澆型疊合樓板在準永久組合作用下，板底鋼筋最大主拉應(yīng)力云圖如圖12（a）所示，最大值為6719.1kPa，計算裂縫寬度為0.00130mm。密拼縫型疊合樓板在準永久組合作用下，板底鋼筋最大主拉應(yīng)力云圖如圖12（b）所示，最大值為6763.3kPa，計算裂縫寬度為0.00131mm，二者較為接近。密拼縫型疊合樓板板底裂縫最大處在跨中，拼接縫對于該處裂縫寬度影響較小。在密拼縫處，附加鋼筋的最大拉應(yīng)力為4986.2kPa，該處計算裂縫寬度為0.00040mm。由于樓板承受的荷載較小，計算得到的裂縫寬度值均較小。

6? 結(jié)束語

通過在具體實例中選取一塊典型的三拼疊合樓板，對其兩種不同的拼接設(shè)計方案——后澆型和密拼縫型進行有限元數(shù)值分析，從鋼筋及混凝土的應(yīng)力、樓板撓度、裂縫等方面進行比較。結(jié)果表明，無論后澆型還是密拼縫型疊合板，其應(yīng)力圖均表現(xiàn)出雙向受力的性能，且二者的受力水平相當，撓度及裂縫的計算值均較為接近。由于拼接縫的存在，混凝土主壓應(yīng)力、主拉應(yīng)力在此處表現(xiàn)出了應(yīng)力集中，產(chǎn)生了一定的突變。尤其對板面混凝土主壓應(yīng)力影響較大，導(dǎo)致最大值發(fā)生在拼接縫相對應(yīng)的位置。

參考文獻：

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