混凝土叠合板叠合面的抗剪分析

概要： 混凝土叠台楼板作为叠合结构的一部分，是预制和现浇相结合的一种结构形式。叠合板在施工过程中，先在底部安放预制底板，它在浇筑上层混凝土时起模板的作用，而后两部分混凝土形成整体来承受荷载。叠合楼板集现浇和预制的优点子一身，是一种很有发展前途的楼盖形式，而混凝土叠合板叠合面的抗剪强度是保证叠合板共同工作的关键。

关键词：叠台楼板，抗剪强度

Summary: folding table as part of a composite structure of the floor slab, concrete is a kind of combination of precast and cast-in-place structure form. Composite plate in the process of construction, first on the bottom put precast slab, it ACTS as templates in the upper concrete, concrete to form overall to withstand load and two parts. The advantages of the composite floor slab cast-in-place and precast son, is a kind of very promising form of floor, and on the surface of the composite concrete composite plate shear strength is the key to ensure superimposed slab work together.

Keywords: superimposed floor slabs, shear strength

中图分类号：[TQ178]文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1、 叠合板受力性能分析

混凝土叠合板是在先期制作的预制底板上加浇一层混凝土而形成的一种分期浇筑整体式结构。在实际工程应用中，这种构件施工方便而且能缩短工期。但是重力荷载作用下其工作状况与一次浇筑成型的构件有所不同。

根据施工阶段受力情况的不同，叠合板可分为“施工阶段设有可靠支撑的叠合板’’和“施工阶段不设支撑的叠合板’’两类。

“施工阶段设有可靠支撑的叠合板’’施工阶段在预制底板下设置临时可靠的支撑。预制底板在施工荷载和叠合层混凝土自重的作用下，会产生一定的挠度，但板与板之间的挠度不会完全一样。而在预制板底部设置支撑以后，板下的位移就会处于同一水平位置，这样叠合后，板底的平整度就可以达到规范要求。同时还可以防止预制底板因上部施工荷载过于集中，使板断裂坠落。这种叠合板的预制构件部分在施工阶段不承担荷载，只是将荷载传递给施工临时支撑，待后浇混凝土达到强度并拆除支撑之后，预制底板才和后浇混凝土一起共同承担荷载。显然施工阶段有支撑的这种叠合板其受力情况与整浇板基本相同，故其受力性能也与整浇结构基本接近。这种叠合楼板主要应用于预制底板截面受到限制且施工阶段荷载特别大的情况

“施工阶段不设支撑的叠合板”又称为“二次受力叠合板”，它分为两个阶段，第一阶段相当于施工阶段，其受力截面仅为预制构件截面（此时不考虑后浇混凝土的作用），该阶段受

的荷载为板自重、施工荷载及后浇混凝土重；第二阶段就是使用阶段，此时后浇混凝土达到了设计强度，受力截面为整个组合截面，承受的荷载为楼盖恒荷载与使用阶段活荷载之和。这种叠合板由于两阶段制造、二次受力，与整浇板受力情况不同，第一阶段为简支单向板，第二阶段形成连续板，具有受压混凝土“应变滞后”和受拉钢筋“应力超前”的特点。

2、叠合板叠合面的抗剪分析

2.1 叠合面的破坏特征

叠合面的破坏特点，无箍筋穿过叠合面的直接剪切叠合板的破坏是突然发生的，即沿叠合面的裂缝出现与破坏是同时发生的，属于脆性破坏。对于配有箍筋穿过叠合面的直接剪切叠合板，在受荷过程中，先沿叠合面出现裂缝，试件并不立即破坏，仍然可以继续承受外加荷载，直到穿过叠合面的钢筋应力达到屈服极限，叠合板才发生破坏，有明显的预兆，属于延性破坏。因此在实际设计中，采用有否箍筋穿过叠合面的情况，应分别取用不同的可靠度。

对于二次受力的预应力混凝土叠合板叠合面破坏特点是：所有叠合面裂缝均由斜裂缝发展至叠合面后所引起（按抗剪设计配筋）。发生叠合面破坏的光滑面叠合板，为剪跨内的斜裂缝开展至叠合面后，引起叠合面发生宽度和长度均较小的局部水平裂缝。此后当荷载稍有增加，局部水平裂缝即迅速发展为沿整个剪弯区段叠合面的水平贯通裂缝，导致板沿叠合面发生破坏。发生斜截面破坏的锯齿形压痕面叠合板和配结合筋的叠合板，当斜裂缝开展至叠合面后，先沿叠合面发生局部水平裂缝一小段，然后进入后浇混凝土中，随着荷载的增加，继续延伸，最后发生斜截面剪切破坏。原因在于配有结合筋的叠合板，斜裂缝水平段投影长度加大，增加了结合筋的抗剪作用（增加了叠合面骨料的咬合力和钢筋的销栓力），使得叠合面局部水平裂缝发展受到了约束，因而阻止了叠合面的水平裂缝贯通破坏。叠合面采用锯齿形压痕处理的叠合板，增加了两部分混凝土间的粘结强度，同时锯齿形压痕分散了叠合面微裂缝的集中发展，阻碍了叠合面局部水平裂缝的贯通发展，因此板的承载力仍由斜截面抗剪强度控制，并没有发生叠合面破坏的情况。

钢筋混凝土及预应力混凝土叠合板的叠合面处于复合应力状态，主拉应力是造成叠合面开裂的主要原因，尤其是叠合面处于受拉区，其受力情况较叠合面位于受压区要不利的多。当叠合面中作用的剪力增大到一定程度而使混凝土中的主拉应力达到其抗拉强度时，将沿叠合面出现一系列微细斜裂缝。这是由于二次受力所产生的斜裂缝开展至叠合面后，由于混凝土接缝处的抗斜拉能力自然较整浇混凝土为低，就可能在叠合面引起水平裂缝。此时如果不能使这一局部水平裂缝进一步开展的趋势受到有效的约束力的控制，这一局部水平裂缝极有可能发展为沿整个剪弯段叠合面的贯通水平裂缝，导致整个叠合面被剪开而破坏。

2.2影响叠合面受剪承载力的因素

2.2.1叠合面位置的高低

由上面的分析可知，主拉应力是造成叠合面开裂的主要原因，而主拉应力的大小则主要取决于叠合面位置的高低，叠合面位置越低，离中和轴的距离就越远，由外荷载产生的弯曲应力就越大，因而主拉应力就越大，对叠合面的受力就越不利，越容易产生叠合面裂缝。预制底板带纵肋的叠合板，其叠合面不在一个水平面上，而平板叠合板的预制底板较薄，叠合面全部位于受拉区，与平板叠合板的受力相比，预制底板带纵肋的叠合板叠合面并不全部单纯受拉应力，部分叠合面还可能受压应力，因而带纵肋叠合板比传统的平板叠合板更有利于保证叠合面的抗剪。

2.2.2叠合面的粗糙程度

对于叠合面无结合筋的叠合板，叠合面的受剪承载力主要取决于后浇混凝土与预制混凝土间的粘结强度，因此，保证叠合面的粗糙程度，对于增加新老混凝土间的粘结强度，分散叠合面微细裂缝的集中扩展，阻止叠合面局部水平裂缝的进一步开展，从而保证叠合面的粘结能力和叠合板的共同工作，都是十分重要的。

2.2.3混凝土强度等级

预制底板的斜截面抗裂度对整个叠合面的受剪承载力影响较大，而影响斜截面抗裂度的主要因素之一就是混凝土的强度等级，预制底板的混凝土强度等级愈高，其抗拉强度就越大，斜裂缝的出现就越迟，因而可推迟叠合面裂缝的出现，提高叠合面的受剪承载力。此外，后浇混凝土强度等级越高，它与预制底板混凝土问的粘结强度也就越大，这对保证叠合板的整体受力也是十分重要的，如果后浇混凝土强度过低，则其抗拉强度以及叠合面处的粘结强度就越低，就有可能出现后浇混凝土底面先于预制底板上缘开裂的情况，从而导致叠合面开裂而破坏，由此可见，无论是预制部分还是后浇部分混凝土的强度等级，都对叠合面的破坏形态和受剪承载力有较大影响，在实际工程中，后浇混凝土的质量控制，也是叠合板施工和推广使用中的关键。

2.3叠合面的形式

在钢筋混凝土叠合板中，预制底板与后浇混凝土应能形成整体截面而共同工作，叠合面的抗剪强度就是保证这种共同工作的关键。根据施工方法的不同，叠合面一般有以下几种形式：

2.3.1人工叠合面，即用人工方法加工成有规则的凹凸形叠合面或锯齿形叠合面，这种叠合面施工麻烦，但其水平抗剪强度较高。

2.3.2自然粗糙面，即施工中采用混凝土振捣后不加抹平而形成的有一定自然形状的凹凸不平的叠合面，并隔一定间距设置凹槽，以便二次浇注时形成剪力键。这种做法虽然没有人工叠合面的抗剪强度高，但是施工简便，其水平抗剪强度也能满足设计要求，一般在承受静载为主的工业与民用建筑的楼盖结构中采用。

2.3.3光滑叠合面，即先浇构件的叠合面是光滑的，这种叠合面抗剪能力最低，甚至在两部分混凝土的收缩微差影响下就可能沿叠合面开裂，这种叠合面在一般工程实践中不应采用。

2.3.4叠合面伸出钢筋，这种抗剪措施抗剪强度比较高，但是耗钢量大，且施工运输和构件装配都不方便，限制了该方法的应用。

2.3.5涂刷粘结剂，但这种方法成本较高，一般只在加固结构中应用。

改善叠合面受力状况的主要途径是增强对叠合面的有效约束。目前工程上对叠合面采取的增强有效约束的方法主要有两种：一是配置结合钢筋；二是加工成凹痕粗糙叠合面。在配有结合筋的情况下，随着叠合面相对滑移的增大，穿过叠合面的结合筋产生拉应力，从而所产生的结合筋的反作用力对叠合面形成了约束作用。凹痕粗糙叠合面增加了叠合面的接触面，增大了叠合面的总粘结力，同时也增大了叠合面的摩擦阻力，因而阻滞了局部滑移进一步发展，避免了叠合面被剪开而破坏。

3、叠合面抗剪问题解决

叠合式受弯构件中，叠合面的抗剪强度是保证前后浇筑两部分混凝土协同受力的关键。

为了使预制板与现浇板能够很好结合，增加楼板刚度，在外力作用下预制层与现浇层不发生相对位移，在目前的常规设计中是通过桁架筋来实现的，见下图。

另外还有一种抗剪键，见下图：