混凝土疊合板疊合面的抗剪分析

1、混凝土疊合板疊合面的抗剪分析商品混凝土疊合板是在先期制作的預(yù)制底板上加澆一層商品混凝土而形成的一 種分期澆筑整體式結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，這種構(gòu)件施工方便而且能縮短工期。 但是重力荷載作用下其工作狀況與一次澆筑成型的構(gòu)件有所不同。1、疊合板受力性能分析商品混凝土疊合板是在先期制作的預(yù)制底板上加澆一層商品混凝土而形成 的一種分期澆筑整體式結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，這種構(gòu)件施工方便而且能縮短 工期。但是重力荷載作用下其工作狀況與一次澆筑成型的構(gòu)件有所不同。根據(jù)施工階段受力情況的不同，疊合板可分為“施工階段設(shè)有可靠支撐的疊 合板和“施工階段不設(shè)支撐的疊合板兩類。“施工階段設(shè)有可靠支撐的疊合板施工階段在

2、預(yù)制底板下設(shè)置臨時(shí)可 靠的支撐。預(yù)制底板在施工荷載和疊合層商品混凝土自重的作用下，會(huì)產(chǎn)生一定 的撓度，但板與板之間的撓度不會(huì)完全一樣。而在預(yù)制板底部設(shè)置支撐以后，板 下的位移就會(huì)處于同一水平位置，這樣疊合后，板底的平整度就可以達(dá)到規(guī)范要 求。同時(shí)還可以防止預(yù)制底板因上部施工荷載過于集中，使板斷裂墜落。這種疊 合板的預(yù)制構(gòu)件部分在施工階段不承擔(dān)荷載，只是將荷載傳遞給施工臨時(shí)支撐， 待后澆商品混凝土達(dá)到強(qiáng)度并拆除支撐之后，預(yù)制底板才和后澆商品混凝土一起 共同承擔(dān)荷載。顯然施工階段有支撐的這種疊合板其受力情況與整澆板基本相同，故其受力性能也與整澆結(jié)構(gòu)基本接近。這種疊合樓板主要應(yīng)用于預(yù)制底板截面受 到

3、限制且施工階段荷載特別大的情況“施工階段不設(shè)支撐的疊合板”又稱為“二次受力疊合板”，它分為兩個(gè)階 段，第一階段相當(dāng)于施工階段，其受力截面僅為預(yù)制構(gòu)件截面（此時(shí)不考慮后澆 商品混凝土的作用），該階段受的荷載為板自重、施工荷載及后澆商品混凝土重； 第二階段就是使用階段，此時(shí)后澆商品混凝土達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，受力截面為整個(gè) 組合截面，承受的荷載為樓蓋恒荷載與使用階段活荷載之和。這種疊合板由于兩 階段制造、二次受力，與整澆板受力情況不同，第一階段為簡支單向板，第二階 段形成連續(xù)板，具有受壓商品混凝土“應(yīng)變滯后”和受拉鋼筋“應(yīng)力超前”的特 點(diǎn)。2、疊合板疊合面的抗剪分析2.1疊合面的破壞特征疊合面的破壞特點(diǎn)

4、，無箍筋穿過疊合面的直接剪切疊合板的破壞是突然發(fā)生 的，即沿疊合面的裂縫出現(xiàn)與破壞是同時(shí)發(fā)生的，屬于脆性破壞。對于配有箍筋 穿過疊合面的直接剪切疊合板，在受荷過程中，先沿疊合面出現(xiàn)裂縫，試件并不 立即破壞，仍然可以繼續(xù)承受外加荷載，直到穿過疊合面的鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極 限，疊合板才發(fā)生破壞，有明顯的預(yù)兆，屬于延性破壞。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，采 用有否箍筋穿過疊合面的情況，應(yīng)分別取用不同的可靠度。對于二次受力的預(yù)應(yīng)力商品混凝土疊合板疊合面破壞特點(diǎn)是：所有疊合面裂 縫均由斜裂縫發(fā)展至疊合面后所引起（按抗剪設(shè)計(jì)配筋）。發(fā)生疊合面破壞的光 滑面疊合板，為剪跨內(nèi)的斜裂縫開展至疊合面后，引起疊合面發(fā)生寬度和長度

5、均 較小的局部水平裂縫。此后當(dāng)荷載稍有增加，局部水平裂縫即迅速發(fā)展為沿整個(gè) 剪彎區(qū)段疊合面的水平貫通裂縫，導(dǎo)致板沿疊合面發(fā)生破壞。發(fā)生斜截面破壞的 鋸齒形壓痕面疊合板和配結(jié)合筋的疊合板，當(dāng)斜裂縫開展至疊合面后，先沿疊合 面發(fā)生局部水平裂縫一小段，然后進(jìn)入后澆商品混凝土中，隨著荷載的增加，繼 續(xù)延伸，最后發(fā)生斜截面剪切破壞。原因在于配有結(jié)合筋的疊合板，斜裂縫水平 段投影長度加大，增加了結(jié)合筋的抗剪作用（增加了疊合面骨料的咬合力和鋼筋 的銷栓力），使得疊合面局部水平裂縫發(fā)展受到了約束，因而阻止了疊合面的水 平裂縫貫通破壞。疊合面采用鋸齒形壓痕處理的疊合板，增加了兩部分商品混凝 土間的粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)

6、鋸齒形壓痕分散了疊合面微裂縫的集中發(fā)展，阻礙了疊合 面局部水平裂縫的貫通發(fā)展，因此板的承載力仍由斜截面抗剪強(qiáng)度控制，并沒有 發(fā)生疊合面破壞的情況。鋼筋商品混凝土及預(yù)應(yīng)力商品混凝土疊合板的疊合面處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，主 拉應(yīng)力是造成疊合面開裂的主要原因，尤其是疊合面處于受拉區(qū)，其受力情況較 疊合面位于受壓區(qū)要不利的多。當(dāng)疊合面中作用的剪力增大到一定程度而使商品 混凝土中的主拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉強(qiáng)度時(shí)，將沿疊合面出現(xiàn)一系列微細(xì)斜裂縫。這 是由于二次受力所產(chǎn)生的斜裂縫開展至疊合面后，由于商品混凝土接縫處的抗斜 拉能力自然較整澆商品混凝土為低，就可能在疊合面引起水平裂縫。此時(shí)如果不 能使這一局部水平裂縫進(jìn)一步

7、開展的趨勢受到有效的約束力的控制，這一局部水 平裂縫極有可能發(fā)展為沿整個(gè)剪彎段疊合面的貫通水平裂縫，導(dǎo)致整個(gè)疊合面被 剪開而破壞。2.2影響疊合面受剪承載力的因素2.2.1疊合面位置的高低由上面的分析可知，主拉應(yīng)力是造成疊合面開裂的主要原因，而主拉應(yīng)力的 大小則主要取決于疊合面位置的高低，疊合面位置越低，離中和軸的距離就越遠(yuǎn)， 由外荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力就越大，因而主拉應(yīng)力就越大，對疊合面的受力就越不 利，越容易產(chǎn)生疊合面裂縫。預(yù)制底板帶縱肋的疊合板，其疊合面不在一個(gè)水平 面上，而平板疊合板的預(yù)制底板較薄，疊合面全部位于受拉區(qū)，與平板疊合板的 受力相比，預(yù)制底板帶縱肋的疊合板疊合面并不全部單純受拉

8、應(yīng)力，部分疊合面 還可能受壓應(yīng)力，因而帶縱肋疊合板比傳統(tǒng)的平板疊合板更有利于保證疊合面的 抗剪。2.2.2疊合面的粗糙程度對于疊合面無結(jié)合筋的疊合板，疊合面的受剪承載力主要取決于后澆商品混 凝土與預(yù)制商品混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度，因此，保證疊合面的粗糙程度，對于增加 新老商品混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度，分散疊合面微細(xì)裂縫的集中擴(kuò)展，阻止疊合面局 部水平裂縫的進(jìn)一步開展，從而保證疊合面的粘結(jié)能力和疊合板的共同工作，都 是十分重要的。2.2.3商品混凝土強(qiáng)度等級預(yù)制底板的斜截面抗裂度對整個(gè)疊合面的受剪承載力影響較大，而影響斜截 面抗裂度的主要因素之一就是商品混凝土的強(qiáng)度等級，預(yù)制底板的商品混凝土強(qiáng) 度等級愈高，

9、其抗拉強(qiáng)度就越大，斜裂縫的出現(xiàn)就越遲，因而可推遲疊合面裂縫 的出現(xiàn)，提高疊合面的受剪承載力。此外，后澆商品混凝土強(qiáng)度等級越高，它與 預(yù)制底板商品混凝土問的粘結(jié)強(qiáng)度也就越大，這對保證疊合板的整體受力也是十 分重要的，如果后澆商品混凝土強(qiáng)度過低，則其抗拉強(qiáng)度以及疊合面處的粘結(jié)強(qiáng) 度就越低，就有可能出現(xiàn)后澆商品混凝土底面先于預(yù)制底板上緣開裂的情況，從 而導(dǎo)致疊合面開裂而破壞，由此可見，無論是預(yù)制部分還是后澆部分商品混凝土 的強(qiáng)度等級，都對疊合面的破壞形態(tài)和受剪承載力有較大影響，在實(shí)際工程中， 后澆商品混凝土的質(zhì)量控制，也是疊合板施工和推廣使用中的關(guān)鍵。2.3疊合面的形式在鋼筋商品混凝土疊合板中，預(yù)制

10、底板與后澆商品混凝土應(yīng)能形成整體截面 而共同工作，疊合面的抗剪強(qiáng)度就是保證這種共同工作的關(guān)鍵。根據(jù)施工方法的 不同，疊合面一般有以下幾種形式：2.3.1人工疊合面，即用人工方法加工成有規(guī)則的凹凸形疊合面或鋸齒形疊 合面，這種疊合面施工麻煩，但其水平抗剪強(qiáng)度較高。2.3.2自然粗糙面，即施工中采用商品混凝土振搗后不加抹平而形成的有一 定自然形狀的凹凸不平的疊合面，并隔一定間距設(shè)置凹槽，以便二次澆注時(shí)形成 剪力鍵。這種做法雖然沒有人工疊合面的抗剪強(qiáng)度高，但是施工簡便，其水平抗 剪強(qiáng)度也能滿足設(shè)計(jì)要求，一般在承受靜載為主的工業(yè)與民用建筑的樓蓋結(jié)構(gòu)中 采用。2.3.3光滑疊合面，即先澆構(gòu)件的疊合面是光

11、滑的，這種疊合面抗剪能力最 低，甚至在兩部分商品混凝土的收縮微差影響下就可能沿疊合面開裂，這種疊合 面在一般工程實(shí)踐中不應(yīng)采用。2.3.4疊合面伸出鋼筋，這種抗剪措施抗剪強(qiáng)度比較高，但是耗鋼量大，且 施工運(yùn)輸和構(gòu)件裝配都不方便，限制了該方法的應(yīng)用。2.3.5涂刷粘結(jié)劑，但這種方法成本較高，一般只在加固結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。改善疊合面受力狀況的主要途徑是增強(qiáng)對疊合面的有效約束。目前工程上對 疊合面采取的增強(qiáng)有效約束的方法主要有兩種：一是配置結(jié)合鋼筋；二是加工成 凹痕粗糙疊合面。在配有結(jié)合筋的情況下，隨著疊合面相對滑移的增大，穿過疊 合面的結(jié)合筋產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而所產(chǎn)生的結(jié)合筋的反作用力對疊合面形成了約束 作用。凹痕粗糙疊合面增加了疊合面的接觸面，增大了疊合面的總粘結(jié)力