某项目后浇型与密拼缝型桁架钢筋叠合楼板有限元分析比较

骆光威

摘要：在桁架钢筋叠合楼板中，板与板之间的不同拼接形式，直接影响着整体楼板的受力。本文以具体实例为基础，对后浇型和密拼缝型两种最常用拼接方式的不同叠合楼板进行限元程序ABAQUS受力分析，并从混凝土、钢筋的拉压应力、裂缝、挠度等方面受力结果进行比较。结果表明，后浇型和密拼缝型叠合楼板虽然拼接方式不同，在一些受力的细节方面存在差异，但总体的受力形式较为接近。在满足合理的构造要求的情况下，均能较好地表现出双向板的受力模式。

关键词：后浇型;密拼缝型;桁架钢筋叠合楼板;有限元分析

Abstract： In the truss-reinforced composite floor slabs， the different splicing forms between the slabs directly affect the stress of the whole slab. Based on specific examples， this paper conducts the finite element program ABAQUS stress analysis of the two most commonly used splicing floors of the post-casting type and the close-fitting joint type， and compares the stress results from the tensile and compressive stress， cracks and deflection of concrete and steel bars.  The results show that although the post-casting type and the close-fitting type superimposed floor slab have different splicing methods， there are differences in some details of the stress， but the overall stress form is relatively close. In the case of satisfying reasonable structural requirements， they can better show the force mode of the two-way plate.

Key words： post-casting type;close-fitting joint type;truss-reinforced composite floor slab;finite element analysis

1  项目概况

杭州某商品住宅项目，共22幢高层住宅楼，为满足装配式预制率要求，楼板大量采用了桁架钢筋混凝土叠合楼板进行施工。以其中1#楼为例，该楼结构形式为剪力墙结构，层数共17层。

2  装配式叠合楼板设计情况

选取1#楼标准层中具有代表性的一块楼板进行分析。该楼板长度为6.1m，宽为5.4m。叠合板总的厚度为160mm，由70mm厚的预制板部分和90mm厚的现浇部分组合而成。楼板砼强度等级均为C30，楼板钢筋为HRB400。整体叠合板的配筋情况为板底配筋E8@120双向，板面配筋E10@150双向。三角桁架筋的下弦筋直径为6mm，上弦筋的直径为10mm，腹筋直径为6mm。由于楼板跨度较大，叠合板均由3块PC板拼接而成。

2.1 设计方案一

为了保证楼板传力的连续性，同时避免后期拼接缝的装饰处理工作，选择后浇型拼接。拼接处后浇带宽度为300mm，厚度同楼板板厚。叠合楼板的设计深化图如图1所示。其连接处节点选用图2所示的构造形式。

2.2 设计方案二

为了加快工厂流水线批量生产的效率，同时消除因后浇带而增加的模板数量，选用密拼型设计。叠合楼板的设计深化图如圖3所示。楼板侧边不出钢筋，板与板之间的拼接选用图4所示的构造。板侧与支座处的连接选用图5（a）所示的构造。板端由于是整体叠合楼板短跨方向的支座，为保证受力构造，板端考虑出筋，其构造节点如图5（b）所示。板底搭接的附加钢筋均采用E10@100。

3  荷载计算工况

根据项目的具体情况，恒荷载取6.5kN/m2（包含楼板自重），活荷载取2kN/m2。计算应力采用荷载设计值，计算挠度和裂缝采用准永久组合。此楼板为连续板，约束条件按四边固支在200宽的刚性梁上考虑。

4  前提条件及模型建立

由于叠合面存在凹凸槽，且有钢筋桁架的作用，预制板与后浇叠合层咬合充分。而在以往的试验中整体性表现也很好，无一发生叠合面粘结破坏现象[2]。因此可按叠合板整体工作考虑。为了减化计算，不考虑混凝土自身的收缩、徐变，不考虑钢筋与混凝土的相对滑移。在ABAQUS计算中，利用Assembliy功能将预制、现浇、钢筋拼装为整体，预制部分与现浇部分采用Tie连接。混凝土采用三维实体单元来模拟，钢筋采用三维桁架单元来模拟。

5  分析结果

5.1 板底钢筋应力

后浇型叠合楼板板底钢筋应力如图6（a）所示，其最大的钢筋拉应力为9899.0kPa。密拼缝型叠合楼板板底钢筋应力如图6（b）所示，其最大的钢筋拉应力为10573.6kPa，比前者增加6.8%。

5.2 板面钢筋应力

后浇型叠合楼板板面钢筋应力如图7（a）所示，其最大拉应力为17429.9kPa，最大压应力为9903.9kPa。密拼缝型叠合楼板板面钢筋应力如图7（b）所示，其最大拉应力为17752.5kPa，最大压应力为10074.8Pa。最大拉应力和最大压应力分别比前者增加1.9%、1.7%。

5.3 混凝土主压应力

后浇型叠合楼板主压应力云图如图8（a）所示，板面主压应力最大值为1287.2kPa，位置在板面跨中。密拼縫型叠合楼板主压应力云图如图8（b）所示，其主压应力最大值为1563.6kPa，位置出现在密拼缝所对应的位置，而板面跨中部位主压应力最大值为1297.2kPa。由于密拼缝的存在，板面主压应力在拼接缝处出现突变，并且出现了主压应力的最大值，其值比板跨中的主压应力最大值大20.5%，比方案一的板面主压应力最大值增加21.5%。受到密拼缝的影响，板面跨中主压应力最大值方案二比方案一增加了0.78%。

5.4 混凝土主拉应力（俯视）

俯视图中，后浇型叠合楼板主拉应力云图如图9（a）所示，主拉应力最大值为2393.5kPa。密拼缝型叠合楼板主拉应力云图如图9（b）所示，主拉应力最大值为2394.7kPa，比前者增加0.05%，二者较为接近。主拉应力在密拼缝处同样表现出突变。

5.5 混凝土主拉应力（仰视）

仰视图中，后浇型叠合楼板主拉应力云图如图10（a）所示，主拉应力最大值为1397.5Pa。密拼缝型叠合楼板主拉应力云图如图10（b）所示，主拉应力最大值为1435.1kPa，比前者增加2.7%。密拼缝型叠合楼板由于拼接缝处楼板传力不连续，在此处明显体现出应力的突变。最大值仍出现在板底跨中，比方案一稍有增大，密拼缝对其数值的增加影响不大。

5.6 楼板挠度

后浇型叠合楼板挠度云图如图11（a）所示，其最大值为1.039mm。密拼缝型叠合楼板挠度云图如图11（b）所示，其最大值为1.024mm，比前者减少1.4%。由图可见二者的变形形式均为锅底型，其最大挠度值较为接近。三拼的密拼缝型叠合板，其拼接缝的设置并未对板跨中挠度产生不利影响。

5.7 板底最大裂缝宽度

根据《混凝土结构设计规范》中裂缝计算公式计算楼板板底最大裂缝宽度。后浇型叠合楼板在准永久组合作用下，板底钢筋最大主拉应力云图如图12（a）所示，最大值为6719.1kPa，计算裂缝宽度为0.00130mm。密拼缝型叠合楼板在准永久组合作用下，板底钢筋最大主拉应力云图如图12（b）所示，最大值为6763.3kPa，计算裂缝宽度为0.00131mm，二者较为接近。密拼缝型叠合楼板板底裂缝最大处在跨中，拼接缝对于该处裂缝宽度影响较小。在密拼缝处，附加钢筋的最大拉应力为4986.2kPa，该处计算裂缝宽度为0.00040mm。由于楼板承受的荷载较小，计算得到的裂缝宽度值均较小。

6  结束语

通过在具体实例中选取一块典型的三拼叠合楼板，对其两种不同的拼接设计方案——后浇型和密拼缝型进行有限元数值分析，从钢筋及混凝土的应力、楼板挠度、裂缝等方面进行比较。结果表明，无论后浇型还是密拼缝型叠合板，其应力图均表现出双向受力的性能，且二者的受力水平相当，挠度及裂缝的计算值均较为接近。由于拼接缝的存在，混凝土主压应力、主拉应力在此处表现出了应力集中，产生了一定的突变。尤其对板面混凝土主压应力影响较大，导致最大值发生在拼接缝相对应的位置。

参考文献：

[1]任彧.钢筋桁架叠合楼板若干问题研究[J].福建建筑，2018， 10（244）：43-49.

[2]聂建国，郭正光，等.钢筋混凝土叠合板的试验研究[J].工业建筑，2003，33（12）：43-46.

[3]雷杰，朱华军，徐自然，等.叠合楼板的有限元分析研究——以上海浦东新区惠南新市镇17-11-05、17-11-08地块23#楼为例[J].住宅科技，2014，34（6）：62-64.