疊合層高度與密拼疊合板整體性能的分析研究

劉 威 劉 陽 中交第四公路工程局有限公司第一建筑分公司

1 疊合板體系的優(yōu)勢(shì)

1.1 疊合板結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

疊合板之中的樓板以及墻板，都屬于半成品，能夠很好地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大體量結(jié)構(gòu)的模板。不僅如此，疊合板擁有更加透明的工序，人們?cè)谑┕み^程中，能夠更加方便地對(duì)施工進(jìn)行控制。

對(duì)已經(jīng)完工的疊合板體系的整體質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，然后與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系的整體質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，疊合板體系擁有更加強(qiáng)大的精確度。在澆筑傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的混凝土表面的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)在表面出現(xiàn)麻面、蜂窩等質(zhì)量層面的問題，但是疊合板體系能夠?qū)⑦@些問題避免。疊合板具有美觀性，在交房的時(shí)候，如果特殊要求沒有出現(xiàn)，可以直接進(jìn)行交付。

傳統(tǒng)體系下的施工現(xiàn)場(chǎng)的弊端日益顯現(xiàn)，主要體現(xiàn)在大規(guī)模的施工量、支模量，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，以及濕作業(yè)較多，并且容易產(chǎn)生大量的施工廢料。而疊合板體系能夠節(jié)省大量施工原料，減少由于施工廢料帶來的環(huán)境污染，而且濕作業(yè)頻率低。以疊合樓板為例，運(yùn)用專業(yè)的支撐體系，操作十分簡(jiǎn)單且快捷，能夠?qū)⒅辽?5%的鋼管節(jié)省下來，可以節(jié)省至少68.49%的模板量，其原因是將現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制墻板進(jìn)行有機(jī)結(jié)合；可以節(jié)省至少75.67%的砂漿量，其原因是疊合板的粉刷更加容易；將上述條件相結(jié)合，能夠節(jié)省至少21.76%的工程天數(shù)。

2 疊合層有效高度與疊合板性能分析

人們通常將疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，稱之為疊合板體系，其主要構(gòu)成為疊合墻板、疊合樓板、預(yù)制的陽臺(tái)以及樓梯，或者已經(jīng)澆筑完成的混凝土剪力墻、邊緣構(gòu)件以及其他構(gòu)件所組成，從而形成的剪力墻結(jié)構(gòu)相關(guān)體系。高層建筑施工的困難程度高于普通的建筑施工，因此為了更好地對(duì)施工過程進(jìn)行操控，以及更加快捷、便利地開展施工過程，疊合板體系的運(yùn)用變得越來越普遍，正在逐漸取代傳統(tǒng)的模板結(jié)構(gòu)。

2.1 預(yù)制層保持一定厚度時(shí)疊合層厚度的影響分析

圖1為復(fù)合層厚度為90mm時(shí)，現(xiàn)澆、二節(jié)點(diǎn)和三節(jié)點(diǎn)復(fù)合板底部中心點(diǎn)的撓度和荷載曲線。由圖1可知，當(dāng)荷載為7.7kN/m2時(shí)，各板處于彈性階段，各板的撓度隨荷載的增大而增大，水平坐標(biāo)與垂直坐標(biāo)呈線性關(guān)系。當(dāng)載荷增加到26kN/m2時(shí)，兩塊復(fù)合板的支承部分先發(fā)生塑性應(yīng)變，其余兩塊復(fù)合板也發(fā)生塑性應(yīng)變。當(dāng)荷載增加到32kN/m2時(shí)，由上圖可以看出，三塊復(fù)合板突然呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，當(dāng)荷載繼續(xù)增加時(shí)，撓度呈非線性變化，這意味著每一塊板都進(jìn)入了塑性階段。

圖1 90mm厚度三塊板的撓度-荷載曲線

圖2顯示了荷載為7.7kN/m2時(shí)三個(gè)面板的Mises應(yīng)力。結(jié)果表明，當(dāng)載荷為60mm時(shí)，三層壁板的應(yīng)力分布與復(fù)合材料層的應(yīng)力分布基本相同。雖然應(yīng)力集中仍然存在于關(guān)節(jié)位置，但它逐漸顯示出趨勢(shì)。在板表面中心的Mises載荷為0.430021MPa，在接縫處的Mises載荷為0.46168MPa，接縫處的MISS載荷比平均調(diào)整值增加了7.32%，而層壓時(shí)的失效率為18.68%層厚60mm。可以看出，隨著海灣的縮小，三個(gè)復(fù)合板的三次應(yīng)力分布越來越均勻。

圖2 疊合層90mm、荷載7.7kN/m2時(shí)三拼板應(yīng)力云圖

圖3顯示了當(dāng)復(fù)合層厚度為120mm時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)澆注、兩個(gè)接頭和三個(gè)復(fù)合板底部中心的撓度和荷載曲線。從圖中可以看出，當(dāng)荷載為7.7kN/m2時(shí)，每塊板處于彈性狀態(tài)，每塊板隨著荷載的不斷增大而增大，呈線性關(guān)系，當(dāng)荷載為42kN/m2時(shí)，兩塊復(fù)合板的支承部分中，另外兩塊復(fù)合板中也出現(xiàn)了塑性骨架，當(dāng)荷載在50kN/m2左右時(shí)，圖中三塊板突然增大，撓度與荷載不再呈線性關(guān)系，說明每一塊板都已進(jìn)入整形階段。通過觀察，發(fā)現(xiàn)撓度為：每塊板的厚度與現(xiàn)澆板的趨勢(shì)相同，厚度為90mm。

圖3 120mm厚度時(shí)三塊板撓度-荷載曲線

圖4顯示了載荷為7.7kN/m2時(shí)，三塊120mm厚層壓板的Mises應(yīng)力云圖?？梢钥闯觯龑影宓牡刃?yīng)力分布趨勢(shì)與90mm層合板的等效應(yīng)力分布趨勢(shì)大致相同，但在接頭處看不到應(yīng)力集中現(xiàn)象。其中板跨中部Mises應(yīng)力為0.31001MPa，節(jié)點(diǎn)處Mises應(yīng)力為0.312566MPa。節(jié)點(diǎn)處的等效應(yīng)力比跨中處的等效應(yīng)力高0.83%，與層合板厚度為90mm時(shí)的7.32%相比，差異進(jìn)一步縮小。從圖中可以看出，隨著組合板厚度的增加，三片式組合板的應(yīng)力分布更加均勻，分布趨勢(shì)更接近整體板?？傊S著復(fù)合層厚度的不斷增加，兩塊面板與現(xiàn)澆板在使用階段的撓度間隙逐漸縮小。雖然三個(gè)面板與現(xiàn)澆板的撓度間隙變化不大，但三個(gè)面板的應(yīng)力分布越來越均勻，應(yīng)力趨勢(shì)與現(xiàn)澆板越來越相似。也就是說，在一定范圍內(nèi)，復(fù)合層厚度越大，力學(xué)性能越接近整體板。

圖4 疊合層120mm、荷載7.7kN/m2時(shí)三拼板應(yīng)力云圖

3.2 總厚度保持不變時(shí)疊合層厚度的影響分析

圖5顯示了總厚度為120mm和不同層壓厚度的每個(gè)板的撓度和載荷曲線。精密層和層壓層的厚度如所示括號(hào)。它從圖中可以看出，當(dāng)荷載i為7.7kN/m2時(shí)，各板處于彈性狀態(tài)，各板隨荷載的不斷增大而增大，呈線性比。在60mm層合板中，其余復(fù)合板進(jìn)入彈塑性階段，當(dāng)荷載約為19kN/m2時(shí)，圖中板突然出現(xiàn)增大趨勢(shì)，變形與荷載之間不再存在線性關(guān)系，表明：板材已進(jìn)入塑性階段。

圖5 總厚度120mm、不同疊合層厚度下的兩拼板撓度-荷載曲線

由表1和表2可知，在總厚度保持不變的情況下，疊合層與預(yù)制層的厚度比例越大，兩拼疊合板在使用階段過程中的撓度與現(xiàn)澆板越相似，兩拼板的臨界荷載以及對(duì)應(yīng)撓度也越來越接近現(xiàn)澆板。另外，當(dāng)疊合層的厚度為8mm時(shí)，兩拼板與現(xiàn)澆板臨界荷載以及對(duì)應(yīng)撓度誤差均在3%以內(nèi)，一定條件下可以代替現(xiàn)澆板使用。由此可知，在總厚度保持不變的情況下，兩拼疊合板的受力性能在疊合板厚度持續(xù)增加的情況下逐漸趨近于現(xiàn)澆板，當(dāng)疊合層與預(yù)制層的厚度比值大于2時(shí)，兩拼疊合板的性能與現(xiàn)澆板基本相同。

表1 7.5kN/m2時(shí)各板跨中撓度對(duì)比

表2 各板臨界荷載以及對(duì)應(yīng)撓度對(duì)比

4 結(jié)束語

綜上所述，傳統(tǒng)的建筑施工方式，已經(jīng)無法滿足我國當(dāng)前建筑施工的要求，伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，疊合板體系在我國建筑領(lǐng)域大放異彩，并且在建筑施工，尤其是高層建筑施工之中，其應(yīng)用正在變得越來越普遍。疊合板體系不僅節(jié)省了大量的人力、財(cái)力以及時(shí)間，還能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，極大地滿足了我國“智慧城市”的現(xiàn)代化建設(shè)。