异型空心截面预应力板的应用

本文介绍了异型空心截面预应力板的应用。此种结构形式的特点:一是板中的填充管材横断面形式为异型;二是顺着管的方向在管之间布置预应力筋,根据板的受力形式在垂直于管的方向也布置预应力筋。

[关键词]异型截面 空心 预应力 轻质管

一、工程应用概况

近几年来,在房屋建筑领域,由于使用功能的需要,大跨度、大开间的结构越来越多。在提供大开间的同时,为了最大限度地降低结构层高减轻结构自重,采用现浇预应力空心板的技术是个很好的选择。

与混凝土实心板相比,空心板在不减小构件的承载能力的同时能减轻结构自重25-60%。预应力混凝土结构能增大水平构件的跨高比,相同截面宽度情况下能降低构件高度20-35%,同时能改善构件的变形及抗裂性能。将空心板技术与预应力技术组合在一起,形成了预应力空心板结构体系;既能降低水平构件高度,又能减轻结构自重。采用预应力空心板有着很好的经济效益和社会效益。

二、已有的预应力空心板结构体系

以前所采用的预应力空心板结构体系大体分两类:

(1)以圆形空心管材作为填充物的结构体系,管材有高强水泥管(如BDF管、GBF管)、加强塑料管和大直径金属波纹管等。

(2)以矩形块状轻质材料作为填充物的结构体系,填充材料为实心多孔材料,如膨胀珍珠岩和聚苯泡沫。

从结构受力的角度看,第二种预应力空心板结构体系无疑是比较理想的,它的空心率大,混凝土有效面积尽可能往翼缘集中。但是这种结构形式的缺陷是施工麻烦(混凝土分两次浇筑),当混凝土一次性浇筑时块状填充体下面的混凝土质量不好保证。

从施工的角度看,第一种预应力空心板结构体系施工方便,有多种形式的管材可供选择。缺陷是空心率相对较小,而且由于生产模具的限制,无法由设计指定空心管的直径,设计必须根据厂家提供的产品目录造型,有时所选的直径和长度并不一定是最优的。

三、异型空心截面预应力板的特性

为了综合上述两种结构的优点,同时克服各自的缺点,清华大学通过不断的研究和试验,发明一种“异型截面轻质材料填充预应力现浇板”,采用异型截面解决提高空心率的问题,通过截面形式的改进,将填充块的下表面设计成圆弧形或折线形,便于混凝土的流动;采用轻质材料填充解决减轻构件自重的问题,采用预应力技术可以解决大跨度问题。此种现浇板兼顾预应力空心管结构与矩形截面轻质材料填充板的优点,在保持较高空心率(最大可达65%)的前提下方便施工,实现混凝土一次性浇筑成型。

四、异型空心截面预应力板的构造要求

通过试验与研究表明,在合理受力的前提下,异型空心截面预应力板还应满足一定的构造要求,才能具备良好的施工性能。

异型截面轻质管的下表面水平段的尺寸b1与截面下部混凝土的最小厚度h1之间应维持一定的比例关系。对普通的现场搅拌混凝土应该满足b1/h1≤2,当采用粗骨料尺寸较小和易性非常好的商品混凝土时,b1/h1限值可以适当放大,但不宜大于3。

轻质管之间的间距e也不宜太小。为了方便预应力筋的布置,一般应满足e≥80mm;为了方便混凝土的流动和振捣,间距e板厚h之间还应满足e/h≥1/5。

在工艺上对轻质管也有一定的要求。由于异型截面空心管在生产工艺上有一定的难度,为了减轻材料重量,轻质管经常采用实心多孔材料如膨胀珍珠和聚苯泡沫。为了避免轻质管吸收混凝土中的水分,应在轻质管涂刷或缠绕一层或数层隔离材料。当采用聚苯泡沫时,为了避免施工时的践踏对轻质管产生损伤,应在轻质管周围安装加强层。加强形式可以是螺旋筋加强或钢筋笼加强,也可以在轻质管的上、下表面安装一层硬质加强层。

五、异型空心截面预应力板的力学特点和应用范围

与圆形空心截面预应力板一样,异形空心截面预应力板除应用在局部是大开间外,也可应用在高层大开间建筑。预应力空心板的设计首先应遵循结构本身的力学特性,当板的长向与短向尺寸之间>2时,设计为短向受力的单向空心板;当尺寸之比≤2时,宜设计成双向空心板。当工程有特殊考虑时,甚至可以通过预应力来调节变形,通过空心管的布置来调节板两个方向的刚度,将双向板变成单向受力。

六、结束语

预应力空心板结构适用大跨度、大开间结构,这种结构形式具有降低层高、使用灵活、减轻自重、经济及社会效益好等特点,应大力推广应用。而异型空心截面预应力板在各种预应力空心板中有着更好的经济性和适用性。