预制装配式混凝土叠合楼板研究综述

林昕玥 张金丹 韦孔坚 罗韦强 韦晰能

摘要：叠合板是由预制板和现浇混凝土层叠合而成的装配整体式楼板，是装配式混凝土结构重要的水平受力构件之一，其预制板既是樓板结构的组成部分又是现浇钢筋混凝土叠合层的永久性模板，施工方便，整体性好，在实际装配式工程中运用广泛。本文对叠合楼板的抗弯、抗剪及连接性能等进行系统阐述，同时指出叠合版发展研究中存在的不足，为推导我国建筑工业化发展提供有力支撑。

关键字：装配式混凝土;叠合楼板;研究现状;发展历程

1前言

随着国民节能环保意识逐步增强，加强环境保护的呼声越来越高，传统现浇式结构由于劳动生产效率低、资源及能源消耗大、建设周期长以及对环境污染严重等问题，已无法满足现阶段住宅建造的需求。2013-2015年我国政府提出了关于建筑工业化的重要指示，大力发展绿色建材，推进建筑产业现代化，并且有装配式混凝土结构技术规程及装配式混凝土结构的连接节点构造等相关规范，使叠合构件的设计与施工更加规范化，为叠合结构的应用与发展提供了可靠的理论指导，使得装配整体式混凝土结构得到大力发展。而楼板体系是建筑结构的重要体系之一，占整个装配式混凝土结构比重较大，但传统楼板体系施工工艺相对复杂，在一定程度上制约着整个工程的施工进度[1]。预制叠合板不仅解决了现浇混凝土结构中大量支模和钢筋绑扎工作，提高现场施工效率，同时预制楼板生产难度小，适合工厂大规模生产。但是当前我国大部分地区所采用的叠合楼板由于技术路径等原因，依然存在标准化程度低、工厂生产效率低、预制构件外伸钢筋多以及现场安装不方便等问题，未发挥出其应有的优势。因此，深入研究如何提高叠合楼板的承载力、施工速度，并使其更加经济环保，这对推动装配式混凝土结构建筑发展起着重要作用。

2 叠合板受力特点及分类

叠合板是预制和现浇混凝土相结合的一种建筑模板。叠合板由预制板和现浇钢筋混凝土层通过桁架筋连接，叠合而成的装配整体式楼板。预制板既是楼板结构的组成部分之一，又是现浇钢筋混凝土叠合层的永久性模板，现浇叠合层内可敷设水平设备管线。钢筋桁架的主要作用是增强叠合层和预制底板界面（或称为施工缝）上的抗剪承载力。混凝土叠合楼板按具体受力状态，分为单向受力和双向受力叠合板。按施工阶段叠合楼板下部是否设置支撑，分为一次受力叠合板和二次受力叠合板，按构造形式有钢筋桁架混凝土叠合板、钢筋桁架楼承板、预应力钢管桁架叠合板、预应力空心板、预应力混凝土双T板等常见叠合楼板，到了21世纪之后，由于新材料和新工艺的不断更新，叠合板在我国的发展研究也是一直处于上升趋势，各种新型的混凝土叠合板层出不穷。如螺旋肋钢筋预应力叠合板、预应力轻骨料混凝土叠合板、预应力轻骨料混凝土叠合板、纤维增强石膏板-钢筋混凝土叠合楼板、预应力轻骨料混凝土叠合板、复合砂浆钢丝网叠合板等。研究叠合板的受力特点发现，将叠合板受力较小的部分区域挖空或者充填其他轻质材料，可以减轻构件自重、省材料、省支撑，所以出现了一大批夹芯或空心叠合板，如预应力混凝土双向密肋夹芯叠合板和SPD 预应力混凝土空心叠合板等;为了增强叠合层的抗剪能力，增加预制底板施工阶段的刚度，又提出了PK预应力混凝土叠合板、WFB预应力混凝土圆孔叠合板、自承式钢筋桁架混凝土叠合板以及带肋预应力混凝土叠合板等。

3装配式叠合板主要性能研究现状

3.1抗弯性能研究现状

陈安英、完海鹰等对钢筋桁架组合楼板在施工阶段和使用阶段进行抗弯性能试验，发现组合楼板的破坏形式和抗弯能力与剪跨比有关，底部钢板能够明显提高组合楼板的抗弯性能;通过理论分析，得出了叠合板桁架高度与施工阶段板的最大无支撑跨度之间的关系[2]。李天、胡宪鑫等通过有限元软件建立无底部压型钢板的双向板、考虑底部压型钢板拼接和不考虑底部压型钢板拼接的楼板使用阶段模型，通过计算和对比分析得出底部压型钢板对钢筋桁架混凝土双向板使用阶段的承载力和抗弯刚度均有所提高[3]。陈思远开展了UHPFRC-RC叠合板的抗弯性能研究，表明UHPFRC-RC叠合板完全可以承担各施工阶段的荷载。王春平对复合砂浆钢丝网叠合板进行抗弯性能试验研究，发现复合砂浆钢丝网底板在没有支撑的情况下作为永久性底模是可行的。叠合板具有良好的整体工作性能，且复合砂浆钢丝网叠合板比现浇板要经济[4]。高新宇对钢筋桁架混凝土叠合板预制底板力学性能进行研究，表明钢筋桁架可以明显减小叠合板施工阶段的挠度，提高了叠合板的抗裂性能和整体刚度[5]。翁传阳通过对四块混凝土叠合板进行静力加载试验，讨论不同长度的附加钢筋和改变截面有效高度对叠合板抗弯性能的影响，结果表明合理地增加截面有效高度和控制附加钢筋的长度，可以有效提高叠合板的承载力。同时在跨中附近设置格构钢筋能够通过混凝土和附加钢筋形成整体，提高叠合板的整体性[6]。

3.2叠合面抗剪性能研究现状

80年代，我国成立了叠合结构科研专题组，对叠合面抗剪等进行研究，结果表明叠合面应做成粗糙面以满足抗剪要求。同时北京市建筑工程研究所对叠合面分别设置结合筋、粗糙面、刻槽面、光滑面等进行研究，结果表明设置结合筋效果最好，采用光滑面效果最差。侯建国等进行了 43 块预应力简支叠合板的静力加载试验，研究表明，叠合面的受剪承载力除与叠合面的粗糙度、后浇混凝土的强度等级、结合筋的配筋率及抗拉强度有关外，还与预制薄板的混凝土强度等级、叠合面位置的高低、剪跨比及预应力的大小等因素有关[7]。卫军等通过对三块在叠合面进行拉毛处理的钢筋混凝土连续叠合板试验，发现这种板具有较好的工作性能以及足够的抗剪强度和延性，并提出了此类板的实用支座弯矩调幅系数[8]。刘成才分析了混凝土强度、配箍率、叠合面处理方式、跨高比等因素对叠合面抗剪性能的影响，发现叠合面抗剪强度随后浇混凝土强度的提高而增加，在一定配箍率范围内，随着配箍率的提高而提高，但随着跨高比的增大，试件挠度增大，叠合面抗剪性能降低，且叠合面抗剪强度跟叠合面压痕深度近似成正比例关系，但压痕深度一般不宜超过 10mm，过深将影响预制构件的强度和刚度[9]。

3.3叠合板连接研究现装

拼缝按照连接方式可分为分离式接缝（底板间不分开的“密拼”）和整体式接缝（底板间有后浇混凝土带）。安徽建筑大學的丁克伟、吴飞等对带拼缝的钢筋桁架混凝土叠合板和一块现浇矩形板进行静力加载破坏试验，结果表明带拼缝的叠合板具有较高的刚度与强度，同时可以通过限位器的约束作用来增加截面的刚度，提高构件的抗裂性能。赵琪乐对预制底板后浇300mm拼缝和密拼两种拼缝形式的双向叠合板进行极限承载力试验，研究了叠合板内力分布、变形特征、裂缝发展情况和破坏形式等特点，结果表明后浇300mm拼缝形式拼接的叠合板的整体性更好[10]。刘运林对双向叠合楼板拼缝处受力机理进行了研究，分析了拼缝处截面受力状态、拼缝处钢筋锚固受力状态和叠合面的受弯状态，探讨了格构钢筋对叠合楼板的刚度和承载的影响，最后提出了一种新型增强拼缝连接形式，并用试验验证了其受力性能[11]。陈宜虎等提出一种双向受力叠合楼板新型密拼连接技术，并对相关节点构造进行足尺试验，结果表明：新型密拼构造的受力性能基本等同现浇结构，拼缝位置的封闭环形钢筋能有效传递结构内力[12]。瞿伟对双拼叠合楼板的抗弯性能进行研究，结果表明在弹性阶段双拼叠合楼板与现浇钢筋混凝土现浇板挠度变形基本一致，钢筋混凝土双拼叠合板具有优良的抗弯性能。且双拼叠合楼板的拼缝的高度，横向连接钢筋的间距是影响钢筋混凝土叠合板抗弯刚度的主要因素，而拼缝宽度以及横向钢筋连接长度，竖向钢筋间距对双拼叠合板的抗弯刚度影响较小[13]。

3.4新型叠合板研究现状

近年来，随着对普通混凝土叠合板理论基础研究的日趋完善，我国对普通混凝土叠合板的研究开始朝着其他方面拓展，洪云希等利用保温材料填充的方法，提高了原有空心和夹芯混凝土叠合板的使用性能[14]。周绪红、吴方伯等研发了一种“PK 预应力混凝土叠合板”，通过对预制底板和整体楼板进行一系列破坏试验，证明PK预应力混凝土叠合板承载力、刚度、抗裂性能、整体性等方面有着优越的性能[15]。罗荣在“PK 预应力混凝土叠合楼板”的研究基础上进一步进行创新改进，在 PK 预制底板混凝土肋上外包冷弯薄壁内卷边 C 型槽钢，形成 “PKG 预应力混凝土叠合楼板”，并对“ PK 板”和 “PKG 板”的承载力、预应力损失、变形及刚度等力学性能指标进行了对比分析，得到结论 PKG 板比PK 板的受力性能更优越[16]。谭永超设计了一种“蜂窝孔压型钢板—混凝土叠合板”，它由开有规则蜂窝状孔洞的薄钢板经弯折或压轧成型的波形钢板与混凝土浇筑形成。通过对其预制板和叠合板进行静载试验，表明叠合板刚度和承载力较大，具有良好的延性[17]。冯明远提出一种绿色、经济的“钢肋预应力混凝土叠合板（PCSSR板）”，通过 8 块足尺 PCSSR 试件的抗弯静载试验，结果表明板的破坏形态有典型的受弯破坏特征，其抗弯性能完全满足相关规范的规定和施工要求，增大上翼缘厚度和钢腹板高度可明显提高板的抗弯承载力和抗弯刚度[18]。黄超提出一种“页岩陶粒混凝土叠合楼板”，通过对其单向板和双向板进行静力堆载试验，结果表明所有试件在活荷载标准值作用下均处于弹性阶段，跨中挠度远小于规范限值，同等条件下试验中所采用的叠合楼板刚度和抗裂性要优于现浇楼板[19]。后续随着工业技术的发展，性能优越的叠合板类型会越来越多。

4 有待进一步研究的问题

目前研究主要针对一次受力叠合楼板，但实际施工中，存在叠合楼板二次受力的情况，这部分有待更深一步研究。

叠合面是叠合板整体受力的薄弱部位，为了提高叠合面的抗剪强度，实际工程往往采用多种构造措施组合的方式来提高叠合面的抗剪强度，但不同构造形式对叠合面抗剪强度的贡献是否是简单的叠加还有待进一步的探究。

叠合板由于板端出筋、连接构造不合理等因素，现有的混凝土桁架钢筋叠合板并未在装配式建筑实际项目中发挥出其应有的优势，如何将新材料、新工艺也运用到装配式叠合板中有待更深一步研究。

叠合板拼缝处也是叠合板的薄弱部位，如处理不当容易开裂，影响美观和使用，严重时还会导致渗水、漏水，新型板端拼缝也有待进一步的探究。

5 结论

叠合板具有工作性能优越、施工方便、便于工业化生产等优点，是建筑工业化中普遍应用的一种预制构件。目前对叠合板在基本性能方面有较系统的研究，但实际应用中还未真正发挥叠合板的优势，应不断加强叠合板的技术研究，如叠合板拼缝和叠合板出筋等技术难题，积极推动我国建筑工业化的发展。

参考文献

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[2]陈安英，完海鹰，孙磊，冯然.钢筋桁架组合楼板抗弯性能试验研究[J].建筑结构，2015，45（08）：59—63+90.

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[4]陈思远. UHPFRC-RC叠合板抗弯性能研究[D].哈尔滨工程大学，2014.

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[17]谭永超. 蜂窝孔压型钢板—混凝土叠合板力学性能研究[D].中国矿业大学，2016.

[18]冯明远. 钢肋预应力混凝土叠合板抗弯性能研究[D].山东大学，2017.

[19]黄超. 装配整体式页岩陶粒混凝土叠合楼板原型堆载试验研究[D].武汉理工大学，2017.

基金项目：大学生创新创业训练计划项目;贺州市科学研究与技术开发项目（贺科技20001）;广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2019KY0730）。

第一作者：林昕玥，女，广西柳州人，2001年生，本科，装配式建筑结构

通讯作者：张金丹，女，湖南涟源人，1993年生，硕士，混凝土新材料结构以及装配式建筑结构

贺州学院 建筑工程学院 广西 贺州 542899