混凝土疊合板疊合面的抗剪分析

　　1、 疊合板受力性能分析

　　混凝土疊合板是在先期制作的預(yù)制底板上加澆一層混凝土而形成的一種分期澆筑整體式結(jié)構(gòu)。在實際工程應(yīng)用中，這種構(gòu)件施工方便而且能縮短工期。但是重力荷載作用下其工作狀況與一次澆筑成型的構(gòu)件有所不同。

　　根據(jù)施工階段受力情況的不同，疊合板可分為“施工階段設(shè)有可靠支撐的疊合板’’和“施工階段不設(shè)支撐的疊合板’’兩類。

　　“施工階段設(shè)有可靠支撐的疊合板’’施工階段在預(yù)制底板下設(shè)置臨時可靠的支撐。預(yù)制底板在施工荷載和疊合層混凝土自重的作用下，會產(chǎn)生一定的撓度，但板與板之間的撓度不會完全一樣。而在預(yù)制板底部設(shè)置支撐以后，板下的位移就會處于同一水平位置，這樣疊合后，板底的平整度就可以達(dá)到規(guī)范要求。同時還可以防止預(yù)制底板因上部施工荷載過于集中，使板斷裂墜落。這種疊合板的預(yù)制構(gòu)件部分在施工階段不承擔(dān)荷載，只是將荷載傳遞給施工臨時支撐，待后澆混凝土達(dá)到強(qiáng)度并拆除支撐之后，預(yù)制底板才和后澆混凝土一起共同承擔(dān)荷載。顯然施工階段有支撐的這種疊合板其受力情況與整澆板基本相同，故其受力性能也與整澆結(jié)構(gòu)基本接近。這種疊合樓板主要應(yīng)用于預(yù)制底板截面受到限制且施工階段荷載特別大的情況

　　“施工階段不設(shè)支撐的疊合板”又稱為“二次受力疊合板”，它分為兩個階段，第一階段相當(dāng)于施工階段，其受力截面僅為預(yù)制構(gòu)件截面（此時不考慮后澆混凝土的作用），該階段受的荷載為板自重、施工荷載及后澆混凝土重；第二階段就是使用階段，此時后澆混凝土達(dá)到了設(shè)計強(qiáng)度，受力截面為整個組合截面，承受的荷載為樓蓋恒荷載與使用階段活荷載之和。這種疊合板由于兩階段制造、二次受力，與整澆板受力情況不同，第一階段為簡支單向板，第二階段形成連續(xù)板，具有受壓混凝土“應(yīng)變滯后”和受拉鋼筋“應(yīng)力超前”的特點。

　　2、疊合板疊合面的抗剪分析

　　2.1 疊合面的破壞特征

　　疊合面的破壞特點，無箍筋穿過疊合面的直接剪切疊合板的破壞是突然發(fā)生的，即沿疊合面的裂縫出現(xiàn)與破壞是同時發(fā)生的，屬于脆性破壞。對于配有箍筋穿過疊合面的直接剪切疊合板，在受荷過程中，先沿疊合面出現(xiàn)裂縫，試件并不立即破壞，仍然可以繼續(xù)承受外加荷載，直到穿過疊合面的鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極限，疊合板才發(fā)生破壞，有明顯的預(yù)兆，屬于延性破壞。因此在實際設(shè)計中，采用有否箍筋穿過疊合面的情況，應(yīng)分別取用不同的可靠度。

　　對于二次受力的預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板疊合面破壞特點是：所有疊合面裂縫均由斜裂縫發(fā)展至疊合面后所引起（按抗剪設(shè)計配筋）。發(fā)生疊合面破壞的光滑面疊合板，為剪跨內(nèi)的斜裂縫開展至疊合面后，引起疊合面發(fā)生寬度和長度均較小的局部水平裂縫。此后當(dāng)荷載稍有增加，局部水平裂縫即迅速發(fā)展為沿整個剪彎區(qū)段疊合面的水平貫通裂縫，導(dǎo)致板沿疊合面發(fā)生破壞。發(fā)生斜截面破壞的鋸齒形壓痕面疊合板和配結(jié)合筋的疊合板，當(dāng)斜裂縫開展至疊合面后，先沿疊合面發(fā)生局部水平裂縫一小段，然后進(jìn)入后澆混凝土中，隨著荷載的增加，繼續(xù)延伸，最后發(fā)生斜截面剪切破壞。原因在于配有結(jié)合筋的疊合板，斜裂縫水平段投影長度加大，增加了結(jié)合筋的抗剪作用（增加了疊合面骨料的咬合力和鋼筋的銷栓力），使得疊合面局部水平裂縫發(fā)展受到了約束，因而阻止了疊合面的水平裂縫貫通破壞。疊合面采用鋸齒形壓痕處理的疊合板，增加了兩部分混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度，同時鋸齒形壓痕分散了疊合面微裂縫的集中發(fā)展，阻礙了疊合面局部水平裂縫的貫通發(fā)展，因此板的承載力仍由斜截面抗剪強(qiáng)度控制，并沒有發(fā)生疊合面破壞的情況。

　　鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的疊合面處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，主拉應(yīng)力是造成疊合面開裂的主要原因，尤其是疊合面處于受拉區(qū)，其受力情況較疊合面位于受壓區(qū)要不利的多。當(dāng)疊合面中作用的剪力增大到一定程度而使混凝土中的主拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉強(qiáng)度時，將沿疊合面出現(xiàn)一系列微細(xì)斜裂縫。這是由于二次受力所產(chǎn)生的斜裂縫開展至疊合面后，由于混凝土接縫處的抗斜拉能力自然較整澆混凝土為低，就可能在疊合面引起水平裂縫。此時如果不能使這一局部水平裂縫進(jìn)一步開展的趨勢受到有效的約束力的控制，這一局部水平裂縫極有可能發(fā)展為沿整個剪彎段疊合面的貫通水平裂縫，導(dǎo)致整個疊合面被剪開而破壞。

　　2.2影響疊合面受剪承載力的因素

　　2.2.1疊合面位置的高低

　　由上面的分析可知，主拉應(yīng)力是造成疊合面開裂的主要原因，而主拉應(yīng)力的大小則主要取決于疊合面位置的高低，疊合面位置越低，離中和軸的距離就越遠(yuǎn)，由外荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力就越大，因而主拉應(yīng)力就越大，對疊合面的受力就越不利，越容易產(chǎn)生疊合面裂縫。預(yù)制底板帶縱肋的疊合板，其疊合面不在一個水平面上，而平板疊合板的預(yù)制底板較薄，疊合面全部位于受拉區(qū)，與平板疊合板的受力相比，預(yù)制底板帶縱肋的疊合板疊合面并不全部單純受拉應(yīng)力，部分疊合面還可能受壓應(yīng)力，因而帶縱肋疊合板比傳統(tǒng)的平板疊合板更有利于保證疊合面的抗剪。

　　2.2.2疊合面的粗糙程度

　　對于疊合面無結(jié)合筋的疊合板，疊合面的受剪承載力主要取決于后澆混凝土與預(yù)制混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度，因此，保證疊合面的粗糙程度，對于增加新老混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度，分散疊合面微細(xì)裂縫的集中擴(kuò)展，阻止疊合面局部水平裂縫的進(jìn)一步開展，從而保證疊合面的粘結(jié)能力和疊合板的共同工作，都是十分重要的。

　　2.2.3混凝土強(qiáng)度等級

　　預(yù)制底板的斜截面抗裂度對整個疊合面的受剪承載力影響較大，而影響斜截面抗裂度的主要因素之一就是混凝土的強(qiáng)度等級，預(yù)制底板的混凝土強(qiáng)度等級愈高，其抗拉強(qiáng)度就越大，斜裂縫的出現(xiàn)就越遲，因而可推遲疊合面裂縫的出現(xiàn)，提高疊合面的受剪承載力。此外，后澆混凝土強(qiáng)度等級越高，它與預(yù)制底板混凝土問的粘結(jié)強(qiáng)度也就越大，這對保證疊合板的整體受力也是十分重要的，如果后澆混凝土強(qiáng)度過低，則其抗拉強(qiáng)度以及疊合面處的粘結(jié)強(qiáng)度就越低，就有可能出現(xiàn)后澆混凝土底面先于預(yù)制底板上緣開裂的情況，從而導(dǎo)致疊合面開裂而破壞，由此可見，無論是預(yù)制部分還是后澆部分混凝土的強(qiáng)度等級，都對疊合面的破壞形態(tài)和受剪承載力有較大影響，在實際工程中，后澆混凝土的質(zhì)量控制，也是疊合板施工和推廣使用中的關(guān)鍵。

　　2.3疊合面的形式

　　在鋼筋混凝土疊合板中，預(yù)制底板與后澆混凝土應(yīng)能形成整體截面而共同工作，疊合面的抗剪強(qiáng)度就是保證這種共同工作的關(guān)鍵。根據(jù)施工方法的不同，疊合面一般有以下幾種形式：

　　2.3.1人工疊合面，即用人工方法加工成有規(guī)則的凹凸形疊合面或鋸齒形疊合面，這種疊合面施工麻煩，但其水平抗剪強(qiáng)度較高。

　　2.3.2自然粗糙面，即施工中采用混凝土振搗后不加抹平而形成的有一定自然形狀的凹凸不平的疊合面，并隔一定間距設(shè)置凹槽，以便二次澆注時形成剪力鍵。這種做法雖然沒有人工疊合面的抗剪強(qiáng)度高，但是施工簡便，其水平抗剪強(qiáng)度也能滿足設(shè)計要求，一般在承受靜載為主的工業(yè)與民用建筑的樓蓋結(jié)構(gòu)中采用。

　　2.3.3光滑疊合面，即先澆構(gòu)件的疊合面是光滑的，這種疊合面抗剪能力最低，甚至在兩部分混凝土的收縮微差影響下就可能沿疊合面開裂，這種疊合面在一般工程實踐中不應(yīng)采用。

　　2.3.4疊合面伸出鋼筋，這種抗剪措施抗剪強(qiáng)度比較高，但是耗鋼量大，且施工運輸和構(gòu)件裝配都不方便，限制了該方法的應(yīng)用。

　　2.3.5涂刷粘結(jié)劑，但這種方法成本較高，一般只在加固結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。

　　改善疊合面受力狀況的主要途徑是增強(qiáng)對疊合面的有效約束。目前工程上對疊合面采取的增強(qiáng)有效約束的方法主要有兩種：一是配置結(jié)合鋼筋；二是加工成凹痕粗糙疊合面。在配有結(jié)合筋的情況下，隨著疊合面相對滑移的增大，穿過疊合面的結(jié)合筋產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而所產(chǎn)生的結(jié)合筋的反作用力對疊合面形成了約束作用。凹痕粗糙疊合面增加了疊合面的接觸面，增大了疊合面的總粘結(jié)力，同時也增大了疊合面的摩擦阻力，因而阻滯了局部滑移進(jìn)一步發(fā)展，避免了疊合面被剪開而破壞。

　　3、疊合面抗剪問題解決

　　疊合式受彎構(gòu)件中，疊合面的抗剪強(qiáng)度是保證前后澆筑兩部分混凝土協(xié)同受力的關(guān)鍵。

　　為了使預(yù)制板與現(xiàn)澆板能夠很好結(jié)合，增加樓板剛度，在外力作用下預(yù)制層與現(xiàn)澆層不發(fā)生相對位移，在目前的常規(guī)設(shè)計中是通過桁架筋來實現(xiàn)的,另外還有一種抗剪鍵。