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装配技术连载之技术亮点篇(二):预应力叠合 返回列表页>>
发布时间:2018-10-08

引言

随着国家大力推进装配式建筑,在全国各地掀起了装配式建筑热潮,普通混凝土叠合板也得到了非常广泛的应用。但在项目应用过程中也遇到了一些问题,比如跨度或者荷载较大的楼盖结构设计时,采用普通混凝土叠合板时往往要增加楼板厚度及配筋,经济性较差;如不加厚楼板而增设次梁,又占用室内空间且增加施工难度。预应力叠合板可以同时发挥装配式和预应力两者的优势,为此提供了解决方案。

技术经济对比

下面大家来看一个工程实例对比:湖南省某市家具厂房项目,框架结构,4层,柱网7.5*7.5,楼面恒载标准值1.5kN/m²,活载标准值12kN/m²。

 方案一:设置一道次梁,采用预应力叠合板(70mm+70mm)

▲附图1:预应力叠合板布置图

 方案二:设置一道次梁,采用普通叠合板(60mm+90mm)

▲附图2:普通叠合板布置图

 方案三:设置两道次梁,采用普通叠合板(60mm+70mm)

▲附图3:普通叠合板布置图

方案对比表

备注:以一个标准网格区间为基准

从上述数据可以看出,在本项目中,预应力叠合楼板比普通叠合板有明显的经济性优势,同时还提高了楼板的刚度、耐久性。

预应力技术特点

在技术体系上,预应力叠合板与普通叠合楼板有诸多不同之处,接着往下分析。

预应力混凝土结构基本原理:在混凝土构件承受荷载之前,预先给混凝土施加压应力,以抵消其在荷载作用下引起的拉应力,防止或者推迟混凝土裂缝的出现,从而提高混凝土构件的抗裂性能、刚度、耐久性

▲附图1:预应力原理示意图

根据施加预应力生产工艺的不同,一般分为先张法预应力和后张法预应力。预制预应力混凝土底板采用的是先张法工艺,主要生产工艺流程为:张拉预应力筋→分布筋及预埋件设置→浇筑底板混凝土→底板混凝土达到规定强度后剪断预应力筋→脱模→堆放→养护。

▲附图2:先张法生产工艺示意图

预应力混凝土叠合楼板的基本原理为:预制预应力底板→现场浇筑叠合层→楼板整体受力。

▲附图3:预应力叠合板示意图

预应力叠合板设计要点

大家继续深入了解预应力叠合楼板特有的技术细节,下面梳理出了关键的设计要点及注意事项,供大家探讨研究。

1、保护层的确定,除了需满足钢筋握裹力和耐久性要求外,还要考虑耐火极限要求。

2、预制底板混凝土强度等级的选择,预制底板要承受较高的预压应力,同时考虑生产效率,需尽早释放应力和脱模,一般采用不低于C40砼,叠合层可采用C30砼;需要注意的是,在结构计算时应采用换算截面面积和换算截面惯性矩。

3、预应力筋承受较大的预拉力,且与混凝土之间要有良好的粘结传力性能,同时要有必要的延性,一般选用低松弛消除应力螺旋肋钢丝。预应力筋极限强度标准值,抗拉强度设计值。张拉控制应力尽可能取大,以储备更多的预压应力,充分发挥预应力的优势;但如果过高,可能会导致预应力筋永久变形甚至拉断,同时降低构件的延性和增加预应力损失。因此,一般情况下,张拉控制应力之间取值。

4、预应力损失的计算:

(1)张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的损失,,一般预应力钢丝采用夹片式锚具。

(2)预应力筋摩擦引起的损失,采用螺旋肋钢丝无孔道时不计入

(3)预应力筋与拉力设备之间温差引起的损失,

(4)预应力筋应力松弛引起的损失,注意有3种情形:

Ⅰ、当时,

Ⅱ、当时,

Ⅲ、时,

(5)混凝土收缩和徐变引起的损失,,本项计算时需注意下列几点:

Ⅰ、应采用施加预应力时的混凝土立方体抗压强度,即剪断预应力筋时;

Ⅱ、计算σ'pc时应扣除第一批损失,且

Ⅲ、当结构处于年平均相对湿度低于40%的环境下,该项损失值应增加30%。

上述计算所得的预应力总损失值小于100MPa时,按100MPa取用。

5、承载能力极限状态验算时,注意下列要点

(1)应进行生产、脱模、起吊、堆放、施工、使用等阶段的工况验算;脱模时需考虑模台吸附力,其值不小于1.5kN/m²;吊装时需考虑动力系数,其值不小于1.5。

(2)正截面受弯承载力计算时,相对界限受压区高度比普通钢筋要小很多,要控制配筋量;同时需满足,即正截面受弯承载力不小于正截面开裂弯矩的要求,其目的是控制受拉钢筋总配筋量不能过少,使构件具有应有的延性,以防止预应力构件开裂后的突然脆断。

(3)需对叠合面进行受剪验算,满足时,可不设置界面钢筋,否则应设置界面抗剪钢筋;对于大跨度及荷载较大的情况,宜设置界面钢筋,以保证整体性和协调受力。界面抗剪钢筋设置在距支座L/4范围内,直径不小于6,间距不大于400mm。

6、正常使用极限状态验算时,注意下列要点:

(1)应进行生产、脱模、起吊、堆放、施工、使用等阶段的工况验算;

(2)一般情况下按不出现裂缝的要求进行控制【即二级裂缝控制】;在生产、脱模、起吊、堆放、施工等阶段,需满足【即荷载产生的构件截面边缘法向拉应力不大于对应龄期混凝土抗拉强度标准值】和【即荷载产生的构件截面边缘法向压应力不大于对应龄期混凝土抗压强度标准值的0.8倍】;在使用阶段,需满足,其中是预制底板的混凝土轴心抗拉强度标准值。

(3)挠度计算时,在生产、脱模、起吊、堆放、施工等阶段,预制构件的短期刚度;在使用阶段,叠合板的短期刚度,其中

预制底板的混凝土弹性模量,为按弹性模量比换算的惯性矩。

(4)应计算使用阶段的预应力反拱值,计算时,预应力筋的应力需扣除全部预应力损失,同时需考虑预应力长期影响【可将计算所得的反拱值乘以增大系数1.75】;还需核对最终反拱值与起拱值之和,不超过荷载效应作用下的计算挠度值。

7、构造要求

(1)叠合楼板总厚度不应小于90mm,叠合层厚度不应小于60mm,高度超过50米的建筑,叠合层厚度不应小于80mm。

(2)预制底板上表面应做成凹凸深度不小于4mm粗糙面,以保证叠合楼板的整体性。

(3)预制底板端部100mm长度范围内,应设置不少于3根,直径d≥4mm的横向附加钢筋,以防止预应力局部挤压造成混凝土破坏。

▲附图2:端部应力分布示意图

▲附图3:端部横向钢筋加密示意图

(4)预制底板支承在制作的长度不小于10mm,胡子筋长度不应小于150mm;当胡子筋影响预制底板安装时,可一端不设置胡子筋,采用设置在预制底板上表面的连接钢筋替代,连接钢筋伸入支座长度不小于10d,伸入板内长度不小于150mm。

(5)预制底板板侧拼缝需设置拼缝钢筋,以提高拼缝的抗裂性能。拼缝钢筋直径不小于6mm,间距不大于200mm。

结语

综上可知,预应力叠合板应用于跨度及荷载较大的装配式建筑有较好的技术经济性。预应力叠合板不仅仅适用于公共建筑和工业建筑,同样也适用于住宅建筑。在住宅建筑设计时,适当放大楼盖跨度同时减小剪力墙间距;既提高经济性,隔墙又可灵活布置,空间可变,适应性更强。

同时可以看出,预应力叠合板在技术上还是有别于普通叠合楼板,必须通过精细化设计,提供必备的技术保障,使得结构安全可靠,才能充分发挥预应力叠合板优越的经济性。

 

 

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