装配式混凝土结构中叠合板分离式拼缝构造分析与优化的研究、

装配式混凝土结构中叠合板分离式拼缝构造分析与优化的研究、

张泽

陕西建工第七建设集团有限公司 陕西省宝鸡市 721000

摘要：本文在断裂力学基本理论的基础上，对叠合板分离式拼缝处构造及开裂原理进行了详细分析，以探索钢筋混凝土叠合板拼缝处受附加钢筋的阻裂机制与附加钢筋对于叠合面开裂载荷和裂缝发展的影响。并优化升级叠合板分离式拼缝构造，借助工程实例，对优化效果进行分析，为叠合板分离式拼缝的优化设计提供借鉴。

关键词：叠合板分离式拼缝构造；装配式混凝土结构；断裂力学基本理论

1 叠合板拼缝形式

装配式混凝土结构的叠合板包括双向板与单向板，具体区别表现在长宽比、支座构造与接缝上。双向板设计的叠合板通常为四边支撑且长宽比不超过3，一般使用无接缝或整体式接缝；而向板设计的的叠合板一般使用分离式接缝。具体预制底板布置形式如下图所示：

如图所示，第一种分离式接缝不需要进行后浇带的设置；第二种需要进行板侧整体式接缝的设置，以保证混凝土和钢筋的连续受力，但是这种方式通常需要比较复杂的施工工序，且绑筋与现场支模工作量大，不能够充分的发挥装配式结构长处；第三种方式整体性能良好，但是需要比较大的板块拆分尺寸，在进行标准化设计与加工生产时相对比较困难。于预制叠合板底板位置直接进行拼缝，是一种速度快、效率高、施工方便的方式，整体来说更具优势。

2 分离式拼缝构造分析

借助于典型分离拼缝构造，在荷载的基础上，不进行钢筋的附加，因施工荷载而但导致的裂缝在不增加荷载的情况下，裂缝会继续向上延续，破坏整面。为了防止接拼缝处出现大面积损伤，防止裂缝面积的进一步扩大。依据相关涉及规范，附加钢筋在预制底板表面位置，在保证浇层施工完成且浇层强度满足相关标准之后，进行叠合板构成，最终形成整体结构。

在最初，装配式结构叠合板拼缝就具有裂缝，依据断裂力学相关原理，制裂缝发展状况的参数是裂缝尖端应力强度，用K表示。在裂缝尖端应力强度因子为界限值Kc，则会出现裂缝失稳扩展的情况，其中Kc即为材料断裂韧性。具体临界条件如下所示：

K＝Kc

根据相关公式，在应力强度因子比材料断裂韧性高时，裂缝会出现失稳扩展的情况，最终将会破坏构件。在进行了钢筋的附加之后，可以对裂缝的扩展进行约束，对裂缝发展应力强度因子进行了扩大。叠合板拼缝处裂缝尖端应力强度因子如下所示：

K＝K₁¹+K₁²

根据上述公式，K₁¹即荷载的基础上混凝土叠合板拼缝处出现的裂缝尖端应力强度因子，同时其也是裂缝出现的原因，kN/mm；K₁²即在完成钢筋的附加后出现的阻力于拼缝处裂缝尖端出现的应力强度因子，同时其也能够阻碍裂缝扩展，kN/mm。

在完成钢筋的附加后，会出现一种反向应力强度因子，能够阻止裂缝扩展，降低裂缝尖端处应力强度因子；在K₁¹+K₁²不超过混凝土裂缝韧性时，裂缝不会出现进一步扩展的情况。在附加钢筋出现的阻力进一步加大时，其出现的逆向应力强度因子也会进一步扩大，此时裂缝应力强度因子相对较小，会制止裂纹的扩展。对于附加钢筋钢筋混凝土叠合板裂缝初始拓展角方向进行设置，使其与拼缝沿叠合面方向垂直，在材料力学的基础上，垂直于接缝方向单位板宽抗弯刚度如下所示：

D_y=E_cI_y/b =ηE_ch³/12

根据上述公式，混凝土弹性模量是E_c，MPa；截面惯性矩是I_y，mm4；单位板宽抗弯刚度拆减系数垂直于接缝方向是η；单位板宽是b，mm；叠合板总厚度是h，mm；

叠合板拼缝部位受力状况与平截面假设不符。在荷载的情况下，接缝位置会出现零应力的情况，上移中性轴，缩小抗弯截面，钢筋应变值的变化趋势相对来说比较平缓，拼缝结构不存在有效的传力，致使钢筋抗拉性能不能够得到有效的发挥，现浇层和叠合板底板整体受力无法实现，不能够协同工作。据此，拼缝部位实际截面承载力决定叠合板整体承载力，为进一步提升叠合板整体承载力，需要对拼缝部位受力体系进一步优化，以实现叠合板整体性能的优化。

3 叠合板拼缝构造节点优化

3.1 叠合板拼缝构造节点优化方式

借助钢筋附加的方式制止裂缝，可以对叠合板拼缝处受力特征进行改变，改变拼缝处和叠合面的最大正应力方向，最大正应力方向将与沿叠合面水平方向渐进，在裂缝进一步扩展至叠合面时，将变成拼缝垂直方向拓展，不会出现贯通裂缝。依据分离式接缝进行的叠合楼板设计，在混凝土现浇层后形成整体板块，受力模式呈现双向板受力，在这种情况下根据单向板受力模式进行拼缝节点的设计是非常不合理的。

在叠合板底板面进行钢筋附加设置能够在一定程度上对叠合板承载力进行提升，制止裂缝。然而，因计算高度小，与板面相比比较薄弱，会对于叠合板整体承载力进行降低。在拼缝宽度进一步扩大的过程中，影响加重，叠合板拼接区域可能出现应力集中，受弯承载力减小，挠度大，非常容易出现破坏、开裂。

为进一步增加开裂载荷，优化拼缝部位节点，提升其受力性能，可在叠合板底板表面进行钢筋附加设置，同时应保证锚固长度，保证其具有相应的承载力与抗裂能力。叠合板纵向长边拼缝长度通常为40—60mm，其施工与叠合层混凝土浇筑施工同时进行。借助于通长钢筋进行叠合层和拉钩上铁拉结，进行拼缝部位钢筋桁架结构设置。

3.2 工程实践

本文所选取的工程实践均是住宅楼、精装修，2.8米层高、28层高，128316.32 平方米的总建筑面积，设计使用年限为50年，具有8度的抗震设防烈度。装配式钢筋混凝土剪力墙建筑结构形式，楼梯梯段、空调板均是预制构件，屋顶层地板到首层顶板均是叠合楼板，其余是钢筋混凝土现浇楼板；部分内墙是预制墙板，外墙全是钢筋混凝土剪力墙结构。完全与工业化建筑特征的信息化管理、一体化装修、装配化施工、工厂化生产、标准化设计相符。

依据结构节点具体设计，采用典型分离式接缝设计叠合板纵向拼缝，设置Φ8@200 附加钢筋在叠合板底板板面位置，设置90mm的锚固长度，附加钢筋和通长钢筋绑扎2Φ8。在对其进行进一步优化之前，采用的是单向板侧边分离式拼缝节点，具有初始裂缝。在进行浇筑之后，拼缝位置非常薄弱，不具备相应的传力性能。在载荷的情况下，会出现应力集中，在拼缝位置将集中发生裂缝，致使叠合板整体性能受到影响。

根据分析，具体优化叠合板拼缝位置节点，在叠合板纵向拼缝缝隙位置进行60毫米宽现浇带的设置，在叠合板底板板面进行Φ8@200附加钢筋的设置，设置15 d的锚固长度，通长钢筋与附加钢筋绑扎为Φ8@250，借助Φ6@600拉钩进行桁架体系的构建。

根据实践结果，在完成叠合层浇筑后，如板面没有开裂现象，则拼缝部位平整度偏差不超过1.5毫米，一般不会出现裂缝。借助于钢筋空间桁架构造，对拼缝未知的受力性能进行优化，实际效果较好。

结论：借助单向叠合板拼缝位置的优化，进行钢筋桁架构造，能够实现对刚度突变的削弱，传递拼缝位置的弯矩作用，增强单向叠合板整体承载力。优化板缝节点构造，进行叠合板现浇层施工，实现整体板块的构成。为进一步保障结构整体性能。可在拆分叠合板底板时，将板缝避开弯矩较大部位。

参考文献：

1. 杨波. 带拼缝钢筋混凝土叠合板受力性能研究[D].中南林业科技大学,2020.

2. [2]康兆光.装配式混凝土结构中叠合板分离式拼缝构造分析与优化的探究[J].工程质量,2019,37(11):23-26.