钢筋混凝土叠合楼板受力性能分析

钢筋混凝土叠合楼板受力性能分析

熊育明

（长沙远大住宅工业集团股份有限公司  长沙   410000）

摘要：本文对钢筋混凝土带桁架的叠合楼板采用分离式间接拼缝受力性能进行了有限元分析，从叠合后砼应力和钢筋应力与现浇钢筋砼板进行对比分析，在满足一定条件下，叠合楼板受力与现浇整体式楼板类似。

关键词：叠合楼板；分离式拼缝；有限元分析；应力；变形

1.引言。叠合楼板是由预制板和现浇钢筋混凝土层叠合而成的装配整体式楼板。预制板既是楼板结构的组成部分之一，又是现浇钢筋混凝土叠合层的永久性模板，现浇叠合层内可敷设水平设备管线。叠合楼板整体性好，刚度大，可节省模板，而且板的上下表面平整，便于饰面层装修，适用于对整体刚度要求较高的高层建筑和大开间建筑。

2.分析目的

（1）采用分离式密拼的叠合楼板拼接叠合后与双向板整体式受力性能是否一致。基于某典型项目采用的混凝土叠合板尺寸和配筋，建立不同长宽比的混凝土叠合板有限元分析模型，分析叠合楼板在设计荷载作用下的混凝土和钢筋的应力分布与变化历程。

（2）保持材性和楼板尺寸参数不变，建立不同长宽比的混凝土现浇板有限元分析模型，分析现浇楼板在设计荷载作用下的混凝土和钢筋的应力分布与变化历程。

（3）通过对比叠合板与现浇板的各项性能指标，分析叠合板的受力差异并验证叠合楼板的使用可行性。

3. 叠合板计算结果与分析

3.1应力分布曲线

3.1.1 混凝土应力

图3.1给出了不同长宽比板中跨中板缝两侧底部混凝土应力的分布曲线（受拉为正），取值点沿叠合板横截面方向，图中x表示横截面跨度范围，分别给出了Mises应力、沿板横向应力和沿板纵向应力。从图中可以看出，横向应力为主要组成部分，这主要是在板缝两侧由于混凝土断开，因此两种长宽比的板中混凝土应力均主要为横向应力。同时，在横截面中部，底部混凝土主要受拉应力，曲线的峰值应力均小于混凝土抗拉强度设计值ft=1.57MPa，满足承载力性能要求。

而对于板缝处底部混凝土应力而言（受拉为正），图3.5给出了不同长宽比板跨中板缝处底部混凝土应力的分布曲线，取值点沿叠合板横截面方向。可以看出，在板缝处的混凝土主应力并非沿切/法向，且长宽比较大的板跨中混凝土纵向应力甚至有受压的趋势。图中曲线的峰值受拉应力均小于混凝土抗拉强度设计值ft=1.57MPa，满足承载力性能要求。

由图3.1和图3.2对比可以看出，叠合板跨中板缝两侧底部混凝土应力要大于板缝处底部混凝土应力，这主要是由于板缝两侧底部混凝土距中和轴距离更远，此处弯矩也相比而言更大。

3.2.2 钢筋应力

钢筋应力同样能反映出板中不同材料的受力状态，给出了不同长宽比板跨中钢筋应力的分布曲线（受拉为正），取值点沿叠合板横截面方向，图中x表示横截面跨度范围，分别给出了上部钢筋横向应力、上部钢筋纵向应力和拼缝钢筋纵向应力。由于有限元单元属性限制，忽略了钢筋横向剪应力对楼板受力的影响，只考虑沿钢筋长度方向的应力。可以看出，随着长宽比增加，横向钢筋应力逐渐增加，且拼缝钢筋应力也逐渐增加。一方面整体逐渐表现出单向受力的趋势，另一方面可以看到拼缝钢筋应力的增长也印证了拼缝钢筋的设置可以有效进行应力传递，保证楼板钢筋受力连续。图中曲线的峰值受拉应力均小于钢筋抗拉强度设计值fy=360MPa，满足承载力性能要求。

3.2.3 弹性挠度曲线

在模型中，未考虑荷载的长期作用和混凝土开裂的影响，计算所得到的挠度为弹性挠度。图3.7给出了不同长宽比板跨中横截面的弹性挠度分布曲线（向下为正），可以看出，板的长宽比越大，挠度也越大。

4.1 结论

进行了2组不同长宽比叠合板与现浇板的有限元分析，通过静力加载模拟，得到以下结论：

（1）有限元模拟的变形图和应力云图验证了叠合板变形与现浇板相似，且叠合板应力主要集中于板缝两侧。

（2）有限元模拟的应力分布曲线表明，在设计荷载作用下，叠合板的混凝土应力和钢筋应力均未超过设计强度，能够满足混凝土结构设计规范的承载力要求。

（3）拼缝钢筋的应力曲线揭示了在叠合板中，拼缝钢筋的设置可以较好的传递楼板分布力，保证楼板钢筋受力连续。

（4）有限元模拟的弹性挠度曲线表明，设计荷载作用下，叠合板的弹性挠度未超过规范限值，能够满足混凝土结构设计规范的变形要求，并表现出较好的使用性能。

（5）通过与现浇板各项力学指标的对比，可以发现叠合板的变形趋势和受力状态均与现浇板相近，且由于桁架钢筋的存在，叠合板整体刚度有略微提高。

参考文献

[1]庄茁, 由小川, 廖剑晖等. 基于ABAQUS的有限元分析和应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2009, 31-35.

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[7]《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1-2014）；

[8]《建筑结构静力计算手册》（第二版）（《建筑结构静力计算手册》编