装配式预应力混凝土叠合楼盖体系关键技术研究与应用.docx

近年来，我国大力推动装配式建筑的发展，行业规模不断增长，各种装配式建筑技术和产品层出不穷。预制叠合楼盖由于对建筑物结构的影响相对较小，容易通过叠合方式实现规范规定的“等效现浇”目标，同时在国内大部分地区的评定规则中，预制叠合板可以按照投影面积计算预制率，因此被作为装配式建筑的“标配”技术和产品，应用广泛。 钢筋桁架混凝土叠合楼盖是目前使用较多的一种楼盖体系，该体系与传统现浇楼盖最接近，无论从设计、施工角度都可以实现较低难度的切换。实际市场中绝大部分叠合楼盖都是先按现浇结构体系进行设计，再“拆分”成预制加现浇的叠合楼盖，底板部分在工厂预制，上半部分在现场现浇，该体系在国外一直有应用，并在多类建筑工程应用中发挥了很好的作用。但由于我国建筑功能、抗震设防、产业配套等因素的影响，很多工程按照这种方式拆分后，实施效率反而降低，建造成本增加，效果并不理想。而预应力技术在解决水平结构承载力、裂缝、挠度，以及建造成本等方面具有非常大的优势，已经在市政、铁路、桥梁领域广泛应用。结合装配式建筑的发展，通过工厂化的预制预应力技术与装配式建筑叠合板技术结合，在房建领域进行技术创新，将获得极大的经济和社会效益。 本文介绍公司研发的3种高性能预应力混凝土楼盖：预应力带肋混凝土叠合楼盖、预应力混凝土空心板叠合楼盖、预应力混凝土双T板叠合楼盖。这3种预应力混凝土楼盖的研究从建筑和结构体系开始，再到设计、生产、施工的关键技术，均成功应用于装配式建筑多项工程，取得了良好的经济效益和社会效益。3种预制板的特点与适用性详见表1。 表1?预应力叠合板的特点及适用性  1、预应力带肋混凝土叠合楼盖 ?预应力叠合楼板由预制预应力带肋混凝土底板和上部后浇混凝土叠合层组成，具有整体性好、抗裂性强、承载力高，跨度适用范围大、经济性好等优点。预制预应力带肋混凝土底板在工厂预制成型，侧向不出筋，纵向为预应力钢筋，底板厚度通常取50mm。上部设肋，可抵抗预应力筋形成的反弯矩，在有施工或者永久荷载时抵抗压应力，预制预应力带肋叠合板底板如图1所示。 图1 预制预应力带肋叠合板底板 1.1 设计研究1.1.1 理论研究首先明确结构计算边界条件，确定建筑跨度和使用最不利条件；其次分析预制构件及叠合后结构在生产、运输、安装、使用等不同阶段的受力状况，通过力学计算合理配筋并设计预应力值；最后进行数值分析和模拟。力学计算：预设最大跨度9.0m，板宽取600mm、800mm为基础尺寸，预制肋宽取200mm，进行底板抗裂、挠度、反拱值的分析计算，截面尺寸如图2所示。 图2 预制预应力带肋叠合板标准截面（单位：mm） 单板有限元分析：预应力筋采用高强度预应力钢丝，直径7mm或9mm。部分有限元模拟结果如图3所示。  图3? 叠合板试件有限元模拟结果 1.1.2 节点设计 根据不同的结构形式，设计适应的构造节点，以满足不同结构的受力要求。根据板端的抗剪要求，合理地设置抗剪构造，如：钢梁栓钉、板端处抗剪桁架筋等，如图4所示。 图4 ?叠合板节点构造示意图（单位：mm） 1.1.3 试验研究 试验设计了1块预制带肋底板试件（S1）和1块预应力叠合板试件（S2）的受弯承载力试验，并与有限元的相关建模分析进行对比，以验证模型中预应力施加和所选参数的准确性。 试验采用均布加载的方式，研究预应力带肋叠合板的挠度变化、裂缝特征、极限承载力等力学性能，并确定破坏荷载值。S1、S2试件在试验及模拟条件下的荷载-挠度曲线对比如图5所示。  图5? 带肋叠合板荷载-挠度曲线试验与模拟对比 由试验结果可知： （1）叠合板试件在正常使用荷载作用下未开裂，挠度满足规范限值；（2）在长期荷载作用下，跨中最终总挠度为相同规格相同荷载作用下两端简支板跨中挠度的23.6%，整体大板呈现出双向受力特征；（3）正常使用荷载下，板底板顶混凝土均未开裂破坏；预应力钢筋最大拉应力远小于钢筋受拉屈服强度，满足设计要求；（4）有限元数值模拟的结果与试验结果吻合良好，较好地反映叠合板真实受力特点。  1.2 生产技术研究 长线法流水作业技术：采用长线台，模台长度120m，宽度有2400、3500mm这2种，模台下设水浴养护循环管道。围绕模台形成模台清理、钢筋布置、预应力张拉、混凝土浇筑、养护、松张、吊装流水作业。如图6所示。 图6 带肋叠合板长线法生产线 多功能张拉装置：设计了具备多种张拉力和配筋形式的反力架，以及可适应不同配筋、不同张拉力、不同截面尺寸叠合板的张拉和放张装置，可针对不同条件灵活调整，提高生产线的灵活性和适用范围。高效布置预应力筋技术：长线台布设非预应力钢筋，采用焊接网片，由人工逐一放置；预应力筋采用多功能小车1次牵引完成，1条线布筋大约需要15～20min。预应力智能张拉技术：采用200kN张拉机，配有4个千斤顶及千斤顶升降