装配式混凝土结构新型预应力叠合楼板技术研究.pdf

P e r f o r m a n c eR e s e a r c ho naN e w-t y p eP r e s t r e s s e dC o m p o s i t eSl a bi nP r e c a s tCo n c r e t eS t r u c t u r eAD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e dt oS o u t h e a s tU n i v e r s i t yF o rt h eA c a d e m i cD e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gB YX 1 0 N GX i n x i nS u p e r v i s e d1 b yP r o f G U 0Z h e n g x i n g一一S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n gS o u t h e a s tU n i v e r s i t yA p r i l 2 0 1 4万方数据东南大学学位论文独创性声明J l l l lIII I I UMI I I I I III II I IIY 2 7 0 8 4 2 4本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：彻r 妒多f东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：师签拯产万方数据摘要装配式混凝土结构新型预应力叠合楼板技术研究摘要装配式混凝土结构采用工厂化生产方式，可促进我国建筑产业结构调整，提高工程质量，实现“百年建筑”，同时也可以节省大量劳动力，有效缓解人工成本居高不下的状况。将预制装配技术与混凝土结构相结合，走新型预制装配式混凝土建筑的道路是我国发展“建筑工业化、住宅产业化”的必然选择，适合中国的国情。钢筋混凝土楼板是房屋建筑的主要构件，对于楼板采用叠合楼板这种可最大程度上以预制装配方式来建造，代表了国家建筑工业化的发展方向，也有利于有效减少胶合板等模板材料的资源浪费和节省人工。本文从受力性能和施工便利性角度对现有主要预制叠合楼板结构形式进行了对比分析和总结，指出国内各种预制叠合楼板在规模应用上存在的问题，并提出一种带钢筋桁架翼缘板加劲的新型预制预应力叠合楼板，能有效解决目前多数预制叠合楼板的不足，为大规模推广预制装配式混凝土结构打下基础。新型预制预应力叠合楼板的主要特点为：预制底板采用高强预应力钢丝，可有效降低楼板内用钢量；带翼缘板条的钢筋桁架翻转1 8 0 度倒置压入混凝土薄板，可有效提高预应力薄板的刚度，增加薄板的抗裂性能，减少运输和施工过程中的破损率，同时也方便方便预制薄板安装到位后楼板内预埋电线管的任意向穿越以及有效增加上下层叠合面的共同工作性能；采用合理的拼缝形式能使预制叠合楼板形成双向板受力，从而保证了预制叠合楼板的整体性。为研究新型制预应力叠合楼板的受力性能，进行了足尺静力均布加载试验。通过观察试件的裂缝开展、破坏过程及破坏形态，以及从荷载位移曲线、挠度曲面、裂缝分布等方面对其楼板受力性能进行综合评价。试验结果表明新预应力叠合楼板在施工和使用阶段都具有较好的刚度、承载能力和抗裂性能。又利用大型通用有限元软件A B A Q U S建立了试验构件的计算分析模型，进行非线性有限元分析，并与试验结果相对比，分析结果表明有限元分析结果与试验结果基本相符，能够客观反映叠合楼板的受力性能。最后对本文的研究内容和主要成果进行了总结，并指出了今后对新型制预应力叠合楼板进行优化改进和深入研究的方向。关键词：预制装配；叠合楼板；试验：有限元本文受国家科技支撑计划装配式建筑混凝土剪力墙结构关键技术研究(2 0 1 1 B A J l 0 8 0 3)资助万方数据A b s t r a c tP e r f o r m a n c eR e s e a r c ho naN e w-t y p eP r e s t r e s s e dC o m p o s i t eS l a bi nP r e c a s tC o n c r e t eS t r u c t u r eA b s tr a c tP r e f a b r i c a t e dc o n c r e t es t r u c t u r eu s i n gl n d u s t r i a l i z e dm o d eo fp r o d u c t i o nc a np r o m o t et h ea d j u s t m e n to fi n d u s t r i a ls t r u c t u r e，i m p r o v ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y，b u tc a na l s os a v el a b o ra n da l l e v i a t et h es i t u a t i o no fh i g ha b o u rc o s t C o n b i n i n gp r e f a b r i c a t e dt e c n o l o g yw i t hc o n c r e t es t r u c t u r ea n dt a k i n gan e wp r e f a b r i c a t e dc o n c r e t eb u i l d i n gr o a di st h ei n e v i t a b l ea l t e r n a t i v ef o rU St od e v e l o pc o n s t r u c t i o na n dh o u s i n gi n d u s t r i a l i z a t i o n U s i n gc o m p o s i t ef l o o rr e p r e s e n t st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no ft h en a t i o n a lb u i l d i n gi n d u s t r i a l i z a t i o n，a n da l s oc a nb e n e f i tf o rs a v i n gl a b o ra n dr e d u c i n gt h ew a s t eo fr e s o u r c e ss u c ha sp l y w o o dt e m p l a t e T h i st h e s i sp o i n t so u tt h ep r o b l e m so ft h ee x i s t i n gp r e f a b r i c a t e dc o m p o s i t es l a bt h r o u g hc o m p a r i s o na n da n a l y s i s，t h a n，p r o p o s e san e wk i n do fp r e s t r e s s e dc o m p o s i t es l a bs t i f f e n i n gw i t hs t e l lt r u s sf l a n g ep l a t e I tc a ne f f e c t i v e l ym a k eu pt h el a c ko fc o r r e n tp r e f a b r i c a t e df l o o ra n dl a yt h ef o u n d a t i o nf o rl a r g e-s c a l ep r o m o t i o na n da p p l i c a t i o no fp r e f a b r i c a t e dc o n c r e t es t r u c t u r e A p p l i c a t i o no fh i g hs t r e n g t hs t e e lc a nr e d u c et h ea m o u n to fs t e e li nt h es l a b S t e l lt r u s sf l a n g ep l a t ec a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h es t i f f n e s sa n dc r a c kr e s i s t a n c ea n dr e d u c et h ed a m a g er a t ed u r i n gt r a n s p o r t a t i o na n dc o n s t r u c t i o n U s i n gr e a s o n a b l ee d g ej o i n tf o r mC a ne n s u r et h ei n t e g r i t yo fp r e c a s tc o m p o s i t es l a b Af u l l s c a l es t a t i cl o a dt e s ti sc o n d u c t e dt os t u d yt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h i sn e wc o m p o s i t es l a b T h r o u g ho b s e r v i n gt h ec r a c k sd e v e l o p m e n t，f a i l u r ep r o c e s sa n df a i l u r em o d e s，a sw e l la st h el o a d d i s p l a c e m e n tc u r v e，d e f l e c t i o ns u r f a ca n df r a c t u r ed i s t r i b u t i o n，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h i sn e wc o m p o s i t es l a bw a se v a l u a t e dc o m p r e h e n s i v e l y C a l c u l a t i o nm o d e l sa r ea l s oe s t a b l i s h e dw i t hA B A Q U St op e r f o r mn o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s A n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t sa r eb a s i c a l l yc o n s i s t e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc a no b j e c t i v e l yr e f l e c tt h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h en e wc o m p o s i t es l a b F i n a l l y,t h ec o n t e n ta n dt h em a i nr e s u l t so ft h es t u d ya r es u m m a r i z e d T h ed i r e c t i o no fi m p r o v e m e n ta n df u r t h e rr e s e a r c hf o rt h i sn e w-t y p ep r e s t r e s s e dc o m p o s i t es l a bi nt h ef u t u r ei sa l s op o i n t e do u t K e y w o r d s：p r e f a b r i c a t i o n：c o m p o s i t es l a b；t e s t；F E M万方数据目录目录摘要1A b s t r a c t I I目蜀乇l I l第一章绪论11 1 研究背景与意义【2】【3 1 11 2 叠合楼板国内外研究概况一21 2 1 叠合楼板简介21 2 2 叠合楼板国外研究概况21 2 3 叠合楼板国内研究概况31 3 现有叠合楼板对比研究41 3 1 预制预应力混凝土空心板叠合楼板41 3 2 压型钢板焊接钢筋桁架的钢承板现浇混凝土楼板41 3 3 预制预应力混凝土薄板叠合楼板51 3 4 预制预应力混凝土间隔留孔加劲肋薄板叠合楼板51 4 新型预应力叠合楼板的提出61 5 本文研究内容一7第二章新型预应力叠合楼板试验82 1 试验目的82 2 试验构件设计82 2 1 材料力学性能参数82 2 2 预制底板设计82 2 3 双向叠合板设计92 3 试验构件制作1 02 3 1 预制底板制作1 02 3 2 双向叠合板制作132 4 试验加载方案1 42 4 1 加载装置142 4 2 加载程序172 5 试验量测方案182 5 1 竖向位移1 82 5 2 钢筋应变1 92 5 3 裂缝开展及分布形式2 02 5 4 千斤顶压力2 02 6 试验过程及现象2 11 1 1万方数据东南大学硕士学位论文2 6 1 预制底板施工阶段试验2 12 6 2 双向叠合板试验2 2第三章预制底板施工阶段试验结果分析2 53 1 截面特征参数2 53 2 预应力损失计算2 53 3 预应力放张和吊装阶段验算2 63 3 1 预应力放张验算2 63 3 2 构件吊装验算2 73 4 预制底板挠度分析2 83 4 1 预制底板荷载位移曲线2 83 4 2 预制底板施工阶段短期刚度分析2 93 5 本章小结3 4第四章双向叠合板试验结果分析3 54 1 双向叠合板挠度分析3 54 1 1 双向叠合板荷载位移曲线3 54 1 2 双向叠合板刚度分析3 64 2 双向叠合板裂缝分析3 94 3 叠合面抗剪分析414 4 本章小结4 2第五章新型预应力叠合楼板有限元分析4 35 1 有限单元法及分析软件简介4 35 1 1 有限单元法简介4 35 1 2 有限单元法的求解思路4 35 1 3A B A Q U S 软件简介4 55 2 分析模型建立4 65 2 1 材料本构关系4 65 2 2 单元选择及网格划分4 85 3 计算结果分析4 95 3 1 预制底板施工阶段分析4 95 3 2 双向叠合板分析5 05 4 本章小结5 2第六章总结与展望5 36 1 总结5 36 2 展望5 3致谢5 5参考文献5 61 v万方数据第一章绪论1 1 研究背景与意义 1 z 1 1 3 1第一章绪论中国每年竣工的城乡建筑总面积约2 0 亿平方米，其中城镇住宅超过6 亿平方米，是当今世界最大的建筑市场。国家明确提出要加快城镇化建设，城镇化水平要从目前约4 4 提高到2 0 2 0 年的6 0 左右，可以看出以住宅为主的房屋工程建设数量今后相当长一段时间内仍将处于较高水平。目前保障性住房建设己成为我国重大民生工程之一，政府承诺2 0 1 1 年开始兴建1 0 0 0 万套保障性住房，“十二五”时期建设3 6 0 0 万套保障性住房，做到“住有所居”，其保质保量的建成成为涉及民生的大事。长期以来，我国建筑施工主要采用现场施工为主的传统生产方式，这种生产方式工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大，不能满足节能、环保的可持续发展建设要求，与国家的节能、环保政策不匹配。建筑行业工作、生活环境差，劳动强度大，工作危险，导致8 0、9 0 后的年轻一代农民工，不愿从事建筑施工工种。原来建立在劳动力价格相对低廉基础之上的建筑行业，正在面临劳动力成本不断上升的问题，逐渐成为制约我国建筑业进一步发展的瓶颈。全国建筑专业技术工人日工资大幅上涨，普遍涨幅约2 0，江苏、上海和浙江等地工人日工资高达3 0 0-5 0 0 元。最近全国各地建筑工程均出现了技术工人紧缺，对以往施工现场相对劳动力密集的现浇混凝土结构为主的传统建造模式提出了新的挑战。采用新型预制装配式混凝土结构可以有效节约资源和能源，提高建筑功能和结构性能，改善施工现场的环境和作业条件，减少建筑垃圾对环境的不良影响，有效实现“四节一环保”的绿色施工要求，实现低能耗、低排放的建造过程，促进我国建筑业的整体发展，实现预定的节能、减排目标。据统计，采用装配式混凝土结构，可缩短建筑建设周期大约5 0，适应我国建筑市场的发展，尤其是满足保障性住房的建设需求；可节约钢材4 0 6 0，节约混凝土5 0 6 0，满足我国“四节一环保”的要求。装配式混凝土结构采用工厂化生产方式，可促进我国建筑产业结构调整，提高工程质量，实现“百年建筑”，同时也可以节省大量劳动力，有效缓解人工成本居高不下的状况。将预制装配技术与混凝土结构相结合，走新型预制装配式混凝土建筑的道路是我国发展“建筑工业化、住宅产业化”的必然选择，适合中国的国情。钢筋混凝土楼板是房屋建筑的主要构件，对于楼板采用最大程度预制装配方式建造代表了国家建筑工业化的发展方向，也有利于有效减少胶合板等模板材料的资源浪费和节省人工，而采用叠合楼板是实现楼板预制装配的重要途径之一。本文在总结现有多种形式叠合楼板的优缺点的基础上，为解决当前混凝土预制装配叠合楼板存在的整体受力性能、经济性及施工便利性等问题，提出了一种带钢筋桁架翼缘板加劲的新型预应力叠合楼板。本文将对该新型预应力叠合楼板的各项受力性能进行理论分析和试验研究，为该楼板的推广应用提供试验和理论依据，从而开辟装配整体式混凝土楼板产业化的新途径，促进建筑工业化和住宅产业化的发展。本文的研究内容符合国家中长期科学和技术发展规划纲要(2 0 0 6 -、一2 0 2 0)中重点领域“城镇化与城市发展”中“建筑节能与绿色建筑”以及“建筑施工与工程装备”优先主题任务要求。万方数据东南大学硕士学位论文1 2 叠合楼板国内外研究概况1 2 1 叠合楼板简介叠合楼板是预制楼板与现浇楼板相结合的一种新型楼板形式，由预制底板和叠合现浇层两部分组成。预制底板通常在预制构件厂工业化流水线生产，生产效率高且质量可也得到有效的保证。在施工阶段，预制底板作为浇筑现浇层混凝土时的底模，承受结构自重和施工荷载，待现浇层混凝土达到设计强度时，两部分形成一个共同受力的整体结构，叠合楼板现场施工情况如图1 1 所示。叠合楼板根据其施工工艺和受力特点划分可以分为“施工阶段有支撑”和“施工阶段无支撑”两类：(1)“施工阶段有支撑”的叠合结构施工期间在预制底板下布置可靠临时支撑，临时支撑间距与楼板跨度和厚度有关。待现浇层混凝土达到设计强度、整个结构形成整体后，再拆除临时支撑。施工阶段的结构自重及施工荷载主要由临时支撑来承担，叠合板以整体的形式承担使用阶段的荷载，这类叠合板也称为“一阶段受力叠合楼板”。尽管施工阶段仍需在底部设置支撑，但同样可以节省楼盖的部分底模，临时支撑的设置也使叠合楼板在大跨度建筑中的推广与应用成为可能。(2)“施工阶段无支撑”的叠合楼板在施工阶段不需在预制板底部设置支撑，预制底板在施工阶段要承受自身重量、现浇层混凝土重量以及施工荷载，其刚度和承载能力需满足规范要求。在现浇层混凝土达到设计强度以后，叠合楼板同样以整体的形式来承担使用阶段的各种荷载。这类叠合楼板施工阶段和使用阶段的受力情况不同，也称之为“二阶段受力叠合楼板”。(a)铺设预制底板1 2 2 叠合楼板国外研究概况(b)浇筑叠合层混凝土图1 1 叠合楼板现场施工图国外在2 0 世纪2 0 年代开始把装配整体式构件用在桥梁上【4 J，4 0 年代开始用在房屋建筑上，5 0 6 0 年代得到较大的发展 5 1 1 6 J。6 0 年代初，前苏联将预应力薄板叠合楼板成功地应用在抗震结构上【7 J。7 0 年代末，法国建筑科学中心，出版了预制混凝土薄板叠合楼板的设计、计算、生产使用的全部技术规定峭j。8 0 年代初期，德国钢筋混凝土委员会主持和协调了预应力连续叠合板的研究计划，对这种结构进行了系统的试验研究，取得了可靠的研究成果，提出了“关于预应力叠合板的设计建议”1 9 J，对装配整体式板叠合面的抗剪强度也进行了研究，结论为“仅仅依靠预应力薄板表面的粗糙即可保证粘结，使叠合板的弯曲性能和整体结构一样”。万方数据第一苹绪论1 9 8 4 年R S z i l a r d 的经典著作【1 0】板的理论和分析问世了，这本书对弹性薄板的弯曲理论、稳定与振动、薄板的极限分析、动力问题以及用差分法、权余法和能量法解弹性薄板等问题都做了详细的研究，为后人的进一步研究提供了足够的理论依据。日本从1 9 5 5 年开始就将目光投向能够批量生产住宅的施工方法一一P C a 施工法】。1 9 6 4 年，日本住宅建筑公团设立了利用蒸汽养护法生产预制混凝土构件的试验性工厂，从事批量生产。1 9 6 5 年日本建筑学会订立了壁式预制装配型钢筋混凝土设计规范和建筑工程技术标准J A S S l 0 壁式预制装配型钢筋混凝土施工。2 0 世纪7 0 年代，日本的住宅产业走向成熟。大企业联合组建集团，在许多部品与设备的技术上都有所突破，产生了盒子住宅、单元住宅等，同时设立了住宅性能认证制度。2 0 世纪8 0年代建立了优良住宅部品认证制度。到2 0 世纪9 0 年代，开始采用产业化方式形成住宅通用部品，其中1 4 1 8 类部品已取得“优良住宅部品认证。1 2 3 叠合楼板国内研究概况叠合楼板在我国工业与民用建筑中的应用起始于2 0 世纪5 0 年代末。1 9 5 7 年开始生产预应力棒、预应力薄板和双层空心板等装配式构件，并应用于民用建筑上。1 9 5 9 年原国家一机部一院编制了预应力混凝土叠合梁设计标准图，对这种装配整体式构件的工程应用起到了积极推动的作用。1 9 6 1 年同济大学研制了一种装配式密肋楼盖，预制部分为工字形小梁和薄板，面层为现浇混凝土，经过试验，预制底板和现浇部分能很好地共同工作，是一种较好的楼面结构形式I l 川。2 0 世纪7 0 年代中期为了编制新的混凝土结构设计规范，我国成立了“装配整体式(叠合)结构科研专题组”对装配整体式的二次受力进行了较系统和深入的研究，并在混凝上结构设计规范(G B J l O 8 9)中提出了装配整体式受弯构件的设计条文及正截面、斜截面、叠合面抗剪强度的计算公式和方法。利用这些有益的结论，到2 0 世纪8 0 年代装配整体式楼盖普遍应用于高层建筑中，如北京国际大厦(3 3 层，高1 0 1 m)、西苑饭店(2 9 层，高9 6 m)等等。1 9 8 2 年铁道部建厂工程局科研所等提出了大开间的预应力混凝土叠合连续多孔板的楼盖结构方案，并进行了系统的试验研究。1 9 8 7 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的标准设计图集，为这种结构的推广提供了有利的条件。近年来，众多高校和科研单位的学者分别对不同形式的叠合楼板做了较深入的研究。湖南大学吴方伯教授等人研究提出了P K 预应力混凝土叠合板I I2|，并对该叠合板做了大量试验和理论研究，现己大量应用于实际工程中。中国建筑科学院徐有邻教授带领自己的课题组，对预应力预制单向板双向叠合板作了长达十余年的研究，对板间拼缝作了很多探讨，得出了许多有益的结论，2 0 0 1 年其硕士研究生王晓锋对9 m x1 2 m 单向预应力双向叠合楼板足尺模型进行了均布加载试验，对这种叠合板的双向受力性能进行了研究，并结合工程应用提出了一种较有效的拼缝构造措I l 引。2 0 0 5 年天津大学丁永君团队提出了一种由单向预应力带肋薄板叠合和而成的双向叠合板，并对这种叠合板进了均布加载破坏试验I l5|，为其理论分析和推广应用提供了依据，同时又对各种形式的叠合板应用技术和经济性进行了系统研究，结果表明造价指标上看，应用在钢结构当中时，单向预应力双向叠合板比压型钢板组合楼板具备一定的优势，与在混凝土结构中常用的单向板、井字梁板相比，造价相对要高，但是差距不大【J 酬。2 0 11 年东南大学吴晓莉博士在其博士论文中对采用预埋钢板焊接拼缝的装配整体式双向叠合板进行了较深入的研究，在试验的基础上提出了相应得分析理论和设计方法1 17 1。2 0 1 2 年东南大学郭正兴教授带领其团队对新型钢筋桁架混凝土叠合双向板进行了理论分析和试验研究I l 引，研究结果表明这种新型叠合楼板的刚度和承载能力满足规范要求，其挠度和裂缝分布形式与现浇板相似，具有较好的双向受力性能，同时该团队还结合生产厂家具体的成产工艺，对这种叠合板进行了构造上的优化，使其符合工业化成产万方数据东南大学硕上学位论文的要求并迅速得到推广应用。1 _ 3 现有叠合楼板对比研究1 3 1 预制预应力混凝土空心板叠合楼板一般的预应力混凝土空心叠合板是在预制预应力空心板顶面现浇一层混凝土，在支座处加配负弯矩钢筋而形成的连续装配整体式叠合结构。这种叠合楼板分为单向板和单向预应力双向受力叠合板两种，但这两种受力方式的叠合板板厚都较大，空心率并不高，板的自重也较大。后来又学者在此基础上提出了一种新形式的预应力混凝土空一t 5 叠合板【l 圳，如图1 2 所示这种预应力空心楼预制板在板体的两侧面上部留有凸出块，板的纵向配单向预应力钢筋，横向配非预应力钢筋，后浇混凝土浇筑在预制板与预制板之间的密肋中，从而形成整体楼盖。尽管改进后的预应力混凝土空心叠合板受力性能有所提高，但依然存在板块拼缝多、楼板整体性差的问题，其应用量正大幅减，梦。图1 2 预应力空一t 5 楼板1 3 2 压型钢板焊接钢筋桁架的钢承板现浇混凝土楼板压型钢板焊接钢筋桁架的钢承板现浇混凝土楼板，多用在钢框架结构房屋的钢筋混凝土楼板中。与传统现浇楼板相比，由于无需脚手架及底模支撑，可以多层同时施工与交叉作业，减少人工消耗、机械消耗，可极大提高施工效率，缩短工期。但该型式的底面压型钢板主要用作为浇筑混凝土楼板时的承力底模板，使用压型钢板作为底模板增加了工程造价。4万方数据第一章绪论图1 3 压型钢板焊接钢筋桁架的钢承板1 3 3 预制预应力混凝土薄板叠合楼板预制预应力混凝土薄板叠合板是预制预应力薄板与上部现浇混凝土层结合而形成的一个共同受力结构。预应力薄板的使用可以有效节省钢筋用量，节约模板，缩短工期，提高楼板的抗裂性。但叠合面的抗剪能力是保证预制薄板与现浇混凝土层共同工作的关键，上下层的叠合面一般仅通过预制板面的划痕毛面处理，在叠合上部现浇层时若湿润不充分会影响上下层结合面的共同工作性能，另外楼板的主要受力性能为单向板，无法形成双向受力。图1 4 预应力混凝土薄板生产线1 3 4 预制预应力混凝土间隔留孔加劲肋薄板叠合楼板预制预应力混凝土间隔留孔加劲肋薄板叠合楼板踟是湖南大学吴方伯教授等人提出的一种由预制预应力混凝土间隔留孔加劲肋薄板与上部现浇层叠合而成的楼板，虽楼板的主要受力为双向板，但在混凝土矩形或倒T 形加劲肋上间隔留置矩形孔洞，不方便与加劲肋方向任意斜交的楼板内电线管的穿越，也降低了间隔留孔加劲肋预制预万方数据东南大学硕上学位论文应力薄板的工业化预制作业效率。图1 5P K 预应力混凝土叠合楼板施现场1 4 新型预应力叠合楼板的提出为解决当前混凝土预制装配叠合楼板存在的整体受力性能、经济性及施工便利性等问题，本文提出了一种适用于预制装配叠合楼板的带钢筋桁架翼缘板加劲的新型预制预应力板，如图1 6 所示。板图1 6 带钢筋桁架翼缘板的预制预应力板这种带翼缘板钢筋桁架加劲的预制预应力板，采用先将用工业化流水线生产的正三角形焊接钢筋桁架底边角部的两根纵向钢筋浇入条状混凝土板，形成带翼缘条状混凝土板的焊接钢筋桁架受力单元；然后在预制构件长线台座上，张拉预制薄板内分布的纵向高强预应力钢丝，分块浇筑混凝土薄板，同时按设计的单元宽度将事先预制的带翼缘板条的钢筋桁架翻转1 8 0 度使其呈倒三角状态，位于三角尖点的纵向钢筋和部分钢筋桁架的腹部折线筋与横向分布钢筋一同压入己完成布料的混凝土薄板，振捣混凝土和养护后脱模，完成带翼缘板钢筋桁架加劲的预制预应力混凝土板的生产。这种预制板的优点：万方数据第一苹绪论(1)该预制板可实施高效工业化制作；(2)高强预应力筋的采用，可有效降低楼板内钢筋的用量；(。3)钢筋桁架带条状翼缘板的采用，可有效提高预应力薄板的刚度，增加薄板的抗裂性能，减少运输和施工过程中的破损率；(4)方便预制薄板安装到位后楼板内预埋电线管的任意向穿越以及有效增加上下层叠合面的共同工作性能；(5)能使预制叠合楼板形成双向板受力，从而保证了预制叠合楼板的整体性。用该方法制作的预制板，经济性好，施工方便，能大量减少施工现场模板的用量和减少工人的作业强度和用工量。1 5 本文研究内容本文结合“十二五”国家科技支撑计划课题装配式建筑混凝土剪力墙结构关键技术研究(2 0 1 1 B A J l 0 8 0 3)中装配式混凝土剪力墙结构新型叠合楼板技术的研究内容，采用理论分析、静力试验、工程设计相结合的研究方法，主要开展以下研究内容：(1)提出一种带钢筋桁架翼缘板的新型预制预应力叠合板，并进行试件设计；(2)对这种叠合板分别进行施工阶段和使用阶段的加载试验，研究其刚度、承载能力和抗裂性能；(3)对试验模型进行非线性有限元分析，并将分析结果与试验结果对比，得出相应结论。(4)根据试验和有限元分析的数据，对这种新型预制预应力叠合板的刚度、承载能力和抗裂性能进行理论分析；(5)根据本文的研究成果对下一步的研究工作提出针对性的建议。万方数据东南大学硕士学位论文2 1 试验目的第二章新型预应力叠合楼板试验尽管已有许多学者对多种形式的预制叠合楼板做过较深入的理论分析和试验研究，但本文提出的这种带钢筋桁架翼缘板加劲的新型预制预应力叠合楼板，与现有预制叠合楼板结构形式有较大差异，荷载作用下的受力性能仍有待研究。通过对新型预制预应力叠合楼板的加载试验，可对这种叠合楼板的各项受力特性进行研究，为验证理论分析结果提供试验数据参考，也为这种叠合楼板的设计与推广应用提供有力依据。本试验将对以下几个方面进研究：(1)预制底板施工阶段的承载能力(2)预制叠合板叠合面的抗剪能力(3)板间拼缝处的钢筋锚固情况及板底混凝土开裂情况(4)预制叠合板的开裂荷载、裂缝开展和挠度分布规律及破坏形态2 2 试验构件设计2 2 1 材料力学性能参数试验构件所采用的各种材料的力学性能参数见表2 1。表2 1强度标准强度设计材料类型强度种类值值弹性模量(N m m 2)(N r a m 2)(N m m 2)轴心抗压f o k=2 0 1f c=1 4 3C 3 0 混凝土E。=3 0 0 1 0 4轴心抗拉氐=2 0 1=1 4 3轴心抗压f o k=2 6 8f c=1 9 1C 4 0 混凝土E c=3 2 5 1 0 4轴心抗拉氐=2 3 9=1 7 1H R B 4 0 0 级钢筋抗拉强度f v k=4 0 0f y=3 6 0E s=2 0 0 1 0 51 5 7 0 级消除应力钢丝抗拉强度f D t k 2 1 5 7 0f p k 2 1 1 1 0E s=2 0 5 1 0 52 2 2 预制底板设计本次试验对带钢筋桁架翼缘板加劲的新型预制预应力叠合楼板的受力性能进行探索性试验，该试验叠合楼板平面尺寸为3 6 0 0 m m 3 6 0 0 m m，总厚度为1 2 0 m m，其中预制底板厚4 0 m m，上部叠合层厚8 0 m m。预制底板平面尺寸为1 6 8 5 3 3 8 0，混凝土强度等级为C 4 0，纵向预应力筋采用1 5 7 0 级1 1 H 4 8 螺旋肋高强消除应力钢丝，张拉控制应力取O 6 5 f p。k，采用夹片式锚具；横向非预应力筋强度等级采用H R B 4 0 0，按业8 2 0 0配置，如图2 1 所示。万方数据第二章新型预应力叠合楼板试验一l3 3 8 0韭8 2 0 0r NNt 一预应力筋一l图2 1 预制底板平面图图2 2 预制底板1-1 剖面图固15 0帮了互图2 3 预制底板2 2 剖面图中45 冷轧光圆钢筋韭8 热轧带肋钢筋2 2 3 双向叠合板设计图2 4 钢筋桁架互业8 热轧带肋钢筋由两块预制底板拼在一起再浇筑上部叠合层混凝土形成一块双向叠合板，叠合层混凝土强度等级为C 3 0。为了模拟实际工程中楼板的受力情况并保证试件的稳定性，将柱子根部通过地梁拉结，因而柱根可视为固定端。本次试验楼板的周边约束条件为四边固支，为模拟四边固支的双向板，将板周从柱子轴线向外挑出4 5 0 m m，试件尺寸以及梁柱配筋图如图2 5 所示。万方数据东南大学硕士学位论文o寸o一0Nd亚8 2 0 0 o9 马B 7V 曲8 0 2 0 00门【9 0 0o罔_K一oK副_ z詈0E 十4 5 C3 6 i 0 01 14 5 0(、)f乃(a)双向叠合板平面图(d)板间拼缝连接图2 _ 3 试验构件制作2 3 1 预制底板制作(b)板端连接构造图(c)板侧连接构造图图2 5 双向叠合板配筋图(d)U 型筋根据2 2 1 节的图纸共制作3 块预制底板，1 块用于预制底板施工阶段承载能力试验，另2 块用于双向叠合板试验。预制底板为长线法生产，在江苏元大建筑科技公司车间内完成，利用该公司的3 8 m X1 2 m 钢模板做底模，一次完成3 块预制地板的预应力张拉和混凝土浇筑。叠合底板生产方式与传统的先张法预制构件相似，工艺流程如图2 6 所示。预制底板具体生产步骤如下：(1)采用自动化生产设备加工钢筋桁架；(2)在钢模板上布置边模及钢筋桁架，浇筑、养护钢筋桁架翼缘板；(3)另一块钢模依次布置边模及预应力钢丝；(4)张拉预应力钢丝至设计张拉力并用钢丝测力计校核每根钢丝的实际拉力；(5)布置钢筋桁架翼缘板及横向非预应力钢筋；(6)浇筑混凝土并养护；(7)拆除边模并放张预应力。1 n万方数据第二章新型预应力叠合楼板试验图2 6 预制底板制作流程图在预制底板的制作过程中，需要注意的主要技术问题如下：(1)在钢模板上布置预应力钢丝时，应控制钢丝与模板之间的距离，以确保并满足保护层厚度的要求；(2)张拉用的千斤顶应在实验室专业设备上进行标定，以保证油压表读数与张拉力准确对应。(3)张拉采用油压表读数和钢绞线伸长双控的方法进行控制，同时用钢丝测力计校核张拉后钢丝的实际拉力。分两次张拉，初张拉取总张拉力的2 0，第二次超张拉到总张拉力并超张拉3。(4)每一批混凝土浇筑完成后，均应留置试块并同条件养护，以确定混凝土的实际强度；预制底板制作现场图片如图2 7 所示：(a)布置边模及钢筋桁架(b)浇筑钢筋桁架翼缘板万方数据东南大学硕士学位论文(g)布置横向钢筋(f)布置钢筋桁架翼缘板(i)混凝：养护完成图2 7