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叠合板体系

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叠合板的定义

叠合板由预制部分和现浇部分组成,又名半预制体系,结合了预制和现浇混凝土,并汲取了各自的优点。


叠合板产生的原因和背景

现浇板具有整体性好,抗震性能好的优点但是费工,需要大量的模板,施工周期长生产难于实现工业化。预制板易于实现建筑构件的工业化(设计标准化,制造工业化,安装机械化),构件制作不受季节及气候限制,可提高构件质量,且施工速度快,可节省大量模板和支承,但整体性差,不利于抗震,抗渗性差。能否将现浇板和预制板二者的优点结合在一起呢?叠合板就兼具有两种版的优点。叠合板的产生就是这样的。


叠合板的构成

叠合板由两部分组成,预制部分多为薄板,在预制构件加工厂完成,施工时吊装就位,现浇部分在预制板面上完成,预制薄板既作为永久模板而无需模板。又做为楼板的一部分承担使用荷载。


叠合板的分类如下

连续叠合板、新型叠合板、双向叠合板、空腹叠合板、预应力混凝土叠合板、pk预应力叠合板、预应力混凝土双向叠合板、预应力混凝土双向叠合板。


国内外叠合板主要研究内容

抗震性能、抗弯性能、延性、计算分析设计、能耗、抗裂性能


叠合板国内发展情况和研究进展

我国从1957年开始生产预应力棒,预应力薄板和双层空心板等装配整体式构件,首次运用在民用建筑上。1961年同济大学朱伯龙研制了一种装配式整体密肋楼板,预制部分为I字小梁下部翼缘上。这种楼板的特点:经济指标好,构件轻,施工制作方便。


70年代我国预应力混泥土预制小梁与现浇板相结合的混泥土叠合式屋面得到发展先后在广东,浙江,天津等省市建造了一批采用这种结构的房屋,经济效果很好,1975年浙江省标准设计站出版了预应力混泥土预制小梁与现浇板叠合的屋面图集(浙G103.103-1).


进入到80年代以后,随着我国经济体制的改革旅游事业得到蓬勃发展,各大城市高层建筑如雨后春笋,这些高层建筑的楼屋面由于抗震的需要,大部分采用现浇结构,但也有相当一部分采用装配式整体叠合板结构。从1975年到1995年内全部或部分采用叠合结构的近30个工程有多层公共建筑,也有高层建筑。


如北京国际大厦,西苑饭店,武汉金源世界中心,武汉友谊大厦等20多栋。我国一些小城市,在民用建筑中,由于抗渗和运输安装的需要抛弃了传统的空心楼盖屋面,采用了装配整体预应力混泥土叠合板屋面,不仅加快了施工进度,而且改善了屋面的防水,取得了很好的经济效果。叠合梁的预制构件截面形式也丰富多变,如槽形,倒T形,花篮形和L形等。


此外,四川成都市和广西南宁市也大量采用了预应力薄板和预应力空心板与现浇混泥土叠合的装配整体式楼屋面。中国建筑技术研究院标准所已编制了这种结构的标准图集,为广泛地推广这种结构创造了条件。


预应力混泥土叠合多孔板广泛应用在抗震设防烈度要求较高的地区和对整体性,防火要求较高的房屋结构的楼盖工程中。这类叠合板通常做法是将预应力混泥土空心板就位后,在板面上角柱40~60mm厚混凝泥土叠合层,在叠合层内配置Φ6@200的双向钢筋网,使单块混泥土空心板与相邻板成为一体,共同受力。


为了探讨这种整体的空间结构的受力性能,崔广仁,孙福英对预应力混泥土空心板叠合整体板的实验分析,进行均不加载试验并通过非线性有限元程序进一步验证了相邻板参与作用及实验班的正截面承载能力提高程度。


在国内90年代电力建设研究所对玻璃纤维复合砂浆叠合板以及钢筋玻璃纤维增强水泥叠合板的结构性能进行了试验研究,玻璃纤维混凝土叠合板的底板是GRC板(玻璃纤维增强水泥板), GRC板替代压型钢板作为重载楼面的永久性底模,玻璃纤维增强水泥底板作为底板有较好的刚度,良好的裂缝控制性能及足够的承载能力。在波形板的谷底配筋,然后现浇混泥土而形成叠合板。GRC叠合板刚度大,裂缝出现晚且细密均布,裂缝控制能力强。它具有形状可灵活分割,整体好,承载力大,施工快捷,耐久性好及无需板底装修等优点。


吴方伯教授研究的pk预应力混凝土楼盖是由高强度钢丝和高强度等级混泥土经工厂预制做成预制预应力混泥土带肋薄板和预制预应力槽形带肋梁,运至施工现场现场拼装后与现浇混泥土叠合而成的新型装配整体式超静定结构,是一种整性好,施工简便节约模板支撑,缩短工期,便于产业化生产,经济效益好的理想结构形式.


刘汉朝等对倒T形叠合板进行了实验研究,这种叠合板的预制构件为倒T形板,其肋部厚度已达到叠合板的最终设计厚度,后浇叠合层混泥土只浇筑与安装后的倒T形肋板间的凹槽中。在传统的薄板叠合板中,跨中截面的手拉钢筋一次性配置与预制薄板中,且一般采用预应力筋。预制薄板厚度小儿预拉力大导致预应力控制的技术难度也很大,这是薄板叠合板施工困难的主要原因。倒T形叠合板由于其具有特定的截面形式,跨中受拉钢筋课先后分别配置于预制倒T形板和后浇叠合层混泥土中(这里称配置于后浇叠合层混泥土中钢筋为二次配筋)。与同承载力的薄板叠合板中预制薄板相比预制倒T形板中的预应力筋的配筋量要小,其制作难度更小。


通过实验,得到如下结论;

 (a)当叠合面大小合适且粗糙足够时倒T形叠合板的叠合卖弄具有很强的粘结康健能力,能保证两部分混泥土共同有效地工作。

  (b)叠合板后浇带中配置非预应力钢筋(二次配筋)能提高其跨中截面的受弯承载能力,特别能较大幅度提高叠合板的延性,增强建筑结构的抗震性能。

  (c)二次配筋对构件承载能力的影响只在整个加载过程的后期反应出来。

  (d)与整体现浇楼盖相比,倒T形叠合板(屋)盖结构是一种理想的结构形式。


周有香等研究设计一种新型的钢筋混泥土双向密肋加心叠合板,该种楼板将预应力空心板技术与双向密肋楼板的结构特性有机地结合在一起,既减少了现浇板的支模系统,加快了施工进度,又具有自重轻,整体性好,保温隔热等特点,节约了工程造价,技术经济效益十分显著,有广泛地应用前景。


姜忻良,岳建伟对陶粒叠合层叠合板的承载能力进行了研究,理论分析及实验结果表明:无支撑槽型底板和叠合板的实测抗弯承载力抗裂性能均高于理论计算值,具有较好的弹性恢复特性;陶粒叠合层减轻了自重,凹槽形底板能够保证施工中不加支承的要求;凹槽形叠合面比矩形叠合面具有更好的抗剪性能。最后,工程应用表明无支撑叠合板能够满足钢结构工程施工周期短的特点,具有较好的经济指标。


聂建国教授等人研究的高强度混泥土叠合板和普通混泥土叠合板讨论了不同叠合面做法对叠合板抗剪性能的影响高强度混泥土具有耐久性好,强度高变形小和抗冻抗渗性好等优点,能适应现代工程结构向大跨重载高耸发展和承受恶略环境条件的要求。


近年来压型钢板混泥土组合楼盖的建筑结构尤其是在超高层建筑中的应用越来越多,实践及实验表明近年来发展起来的闭口型钢板-混泥土组合版的性能优越,备受业主和设计人员的青睐。


为此聂建国教授等人研究了闭口压型钢板混泥土的纵向受剪性能以及闭口型压型钢板混泥土组合版的受弯实验,提出了闭口型压型钢板混泥土组合版的计算公式,完善了该新型组合板的承载力计算方法。


王祖恩教授通过对不同形式的压型钢板-混泥土组合楼板的承载力计算与比较,为合理选择压型钢板的形式提供了依据。压型钢板混泥土组合板总体来说分为两类:压型钢板-混泥土组合板,压型钢板-混泥土组合板。


叠合板国外发展状况和研究进展

在20世纪20年代,国外就开始吧混泥土叠合技术运用于桥梁上,40年代开始用在房屋建筑上50年代开始在建筑上得到较大的发展。最初的混泥土叠合结构式钢梁与现浇板的组合也有采用木梁和现浇混泥土板组合的,以后发展为预制钢筋混泥土构件与现浇板的组合和预应力混泥土构件与现浇板的组合。


在民用房屋方面,国外使用较多的是一种以工业生产的预应力棒及与预应力薄板作为构件,在其上浇筑低强度混泥土,称为综合结构。


在单层和多层工业厂房方面,国外在50年代即开始采用混泥土叠合式整体结构,60年代得到较大的发展,70年代向着构件定型化体系化方向前进。在多层工业厂房楼盖方面国外一般采用下列两种型式:

1梁板预制再在其上浇筑整体部分混泥土,英法意等国很多采用这种混泥土叠合装配整体式楼盖;

2梁预制板全部现浇,例如波兰在6m的预应力梁上浇7~10cm厚的混泥土板,两者用从预应力梁伸出钢筋来联系,他能承受较大的活荷载(10KN/m,15KN/m,20KN/m)


近年来日本熊谷组公司先开发了一种钢筋混泥土结构(施工合理化)半预制梁等构成,并使用市场供应兼作楼板的半预制构件(即叠合预制构件),在现场浇筑上层混泥土形成整体结构


此外日本的pc叠合板构件广泛应用于工业厂房公共建筑和多层及高层建筑特别是用在高层建筑楼盖上可显示很多优点。该楼面结构整体性好,可用于地震区,甚至是强震区;楼面现浇层可预埋各种管线,有利于安装工程施工。


压型钢板混泥土组合板 一开始应用于欧美国家当时压型钢板主要作为浇筑混泥土的永久性模板及施工平台,为了使其能够承受施工时混泥土的自重及施工活载,压型钢板必须保证一定的强度和刚度,因此压制成带凹凸肋形。而使用阶段结构的承载及变形仍只考虑钢筋混泥土板的作用,但是随着应用与研究的深入,人们发现压型钢板的存在能提高板的承载能力。如果能保证压型钢板与混泥土结合得更好,两者基本能结合成整体共同工作压型钢板能代替钢筋受拉力这样可节约大量钢筋,相应地还能减少制作安装施工费用。


因此作为一种新的结构形式,组合板的研究日益深入广泛地开展起来。美国Ekberg 教授Porter教授等首先在实验的基础上,提出了组合板纵向剪切承载能力的计算方法,使得组合板的设计计算理论推进一步,并逐步推广到世界其他国家。


Krustulovic-Opara N,Dorgan E,Uang chia-Ming,Haghyeghi A探讨了用高强渗透水泥浆钢纤维做成的构件的受弯性能.


而对于高强渗透水泥浆钢纤维这种材料, Krustulovic-Opara N,Malak S,Jamal Al-Shannag M进行了系统的受拉与受压研究,发现用渗透水泥浆钢纤维做成的构件与普通混泥土构件相比,具有强度高,刚度大,良好的裂缝控制性能,施工简便。高强渗透水泥浆钢纤维还可用来做永久性底板及用来结构的抗弯及抗剪加固,具有很好的效果。


他们还研究了用这种材料做预制梁与后浇带混泥土形成的组合梁的性能,发现这种梁具有早强。良好的抗疲劳性,提高构件的抗裂性强度高及刚度大。


Bayasi Z,Kaiser H,Gonzals M研究了用高强渗透水泥浆钢纤维做的波形底板来代替压型钢板的叠合板实验,高强渗透钢纤维避免了压型钢板作为底板与后浇混泥土产生的滑移的不利影响以及压型钢板所需要考虑的防腐和防火问题。用这种材料做的叠合板,当钢纤维的体积率合适时,波形底板的强度高而且延性好该类波形板在后浇混泥土中配筋,所形成的叠合板的承载能力大抗裂性能好。


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