CN104878871B - 全干式连接预制混凝土板、楼盖及其抗震性能提升方法 - Google Patents

Abstract

一种全干式连接预制混凝土板、楼盖及其抗震性能提升方法。混凝土板包括预制混凝土板，顶部两侧预埋板顶预埋件，底部设板底预埋件，板顶预埋件包括板顶锚板，在板顶锚板上连接裸露板顶锚筋；板底预埋件包括横向板底钢筋，在横向板底钢筋上连接预埋金属板，预埋金属板之间设有纵向板底钢筋，金属板裸露于预制混凝土板的板底表面。楼盖，包括由全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，在楼板的周围连接有梁。抗震性能提升方法是将全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，通过对相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件的焊接连接，调控节点连接的变形能力，使板底预埋件的变形能力大于板顶预埋件。

Description

全干式连接预制混凝土板、楼盖及其抗震性能提升方法

技术领域

本发明涉及预制装配式建筑及其施工领域，特别涉及一种全干式连接预制混凝土板、楼盖及其抗震性能提升方法。

背景技术

目前，建筑领域预制楼板主要有：预制多孔板、槽型板和预制叠合板等，传统预制多孔板和槽形板由于受力和连接方面的原因，使用范围比较窄。预制叠合板楼盖是近20年来研究和应用较多的楼板形式。叠合式楼盖大概可以分为两类：薄板叠合楼盖和厚板叠合楼盖。薄板叠合也即是装配整体式楼盖，在该类楼盖中预制板为预制混凝土薄板，施工时与其上方混凝土浇筑成一个整体。厚板叠合楼盖是指在预制空心板、槽型板和夹层板等板件上方现浇一层混凝土。薄板叠合楼盖很难做成空心或夹层等轻质化处理，楼盖自重较大、浪费材料，并且对地基基础和结构抗震不利。上述两类预制叠合板楼盖属于“湿式”楼盖体系。由于施工时需要后浇混凝土，存在大量的湿作业和现场作业，需要模板和支撑，作业复杂、施工周期长、受季节和气候影响大、对资源消耗多，对环境影响大。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种板间连接强度高、抗震能力强、能保证结构整体性并能实现双向船里的全干式连接预制混凝土板、楼盖及其抗震性能提升方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明所述一种全干式连接预制混凝土板，包括两侧采用企口形式的预制混凝土板，在预制混凝土板的顶部两侧分别预埋成排的板顶预埋件，在预制混凝土板的底部设有一组板底预埋件，在预制混凝土板1的两端分别预埋板端连接件；所述的板顶预埋件包括板顶锚板，在板顶锚板上连接有板顶锚筋，所述板顶锚筋预埋于预制混凝土板内，所述板顶锚板裸露于预制混凝土板的企口立面上；所述的板底预埋件包括分别位于预制混凝土板板底两侧的横向板底钢筋，在横向板底钢筋上连接有预埋金属板，在位于预制混凝土板板底一侧的预埋金属板与位于预制混凝土板板底另一侧的预埋金属板上设有纵向板底钢筋，并且，所述纵向板底钢筋的一端与位于预制混凝土板1板底一侧的预埋金属板连接，所述纵向板底钢筋的另一端与位于预制混凝土板板底另一侧的预埋金属板连接，所述金属板裸露于预制混凝土板的板底表面。

本发明所述的一种由所述全干式连接预制混凝土板构建的楼盖，包括由全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，在楼板的周围连接有梁，所述梁分别与全干式连接预制混凝土板的两端及外侧全干式连接预制混凝土板连接，相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板顶预埋件相互连接且相对应的板顶预埋件中的板顶锚板焊接连接，在相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件中的相对应的预埋金属板上设有板底金属连接板，在板底金属连接板的中部设有通孔，板底金属连接板通过三面围焊分别与相对应的预埋金属板焊接连接。

本发明所述一种楼盖的抗震性能提升方法，首先，将全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，将楼板与周围的梁连接，其次，将相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板顶预埋件的板顶锚板满焊焊接，再通过对相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件的焊接连接，调控节点连接的变形能力，使板底预埋件的变形能力大于板顶预埋件。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1）本发明新型全干式连接预制混凝土夹层板承载力高。采用企口连接形式能传递相邻板之间的竖向剪力、板底连接件能传递垂直于板缝方向的弯矩，达到楼面荷载由单方向传递向两个正交方向传递的效果；同时，板端和板侧与梁（墙）之间的连接能传递支座负弯矩，板端和板侧的支承形式由简支支承转化为带一定约束的弹性支承；预制夹层板中实心部分构成了夹层板的暗肋，与传统空心板和夹层板相比具有更高的横向刚度和强度。楼板的上述特点，使其具有较高的竖向承载能力。

2）本发明全干式连接预制混凝土夹层板平面内受力性能好。板与板之间通过上下匹配的金属连接件相连：板顶采用制作方便且用钢量较少的“K”字形连接件相连；板底采用预埋金属板加开孔金属盖板的形式相连，这种连接形式具有较高的抗弯能力、经过合理选择开孔尺寸和焊缝长度，可具备与板顶“K”字形连接件相近的平面内强度和刚度，在水平荷载作用下，可达到与板顶“K”形连接件协同受力的效果，即板顶“K”字形连接件与板底连接件在水平荷载下能同时提供最大的抵抗力。在靠近板端位置相邻预制板采用抗拉能力较好的“π”字形连接件连接，改连接件具有较好的轴向受力性能，在楼盖发生面内弯曲变形时能够提供较大的抵抗力，提高楼盖的平面内承载力和刚度。所谓板顶“K”字形连接件实际上就是板顶预埋件，其中的板顶锚板及其所连接的板顶锚筋构成“K”字形状，即板顶锚筋呈V字形且V字形底部与板顶锚板连接；所谓“π”字形连接件实际上就是预埋抗拉连接件，其中的锚筋和锚板连接后形成“π”字样的形状。上述构造形式保证了楼盖在水平地震作用下具有较好的平面内受力性能，为整个建筑结构提供较好的隔板作用。

3）本发明全干式连接预制混凝土夹层板自重轻。适合采用轻质化处理：在预制板厚度中央的适当位置用轻质材料置换混凝土；在预制板侧边和端部采用预埋金属件与相邻部件可靠相连，保证了足够的竖向承载能力和平面内受力性能，不需混凝土后浇层，便可保证楼盖和整体建筑结构具有足够的强度和抗震性能。楼盖的材料用量约占结构总的材料用量的50%，楼盖质量的降低可显著降低结构自重，从而减小结构所受的地震作用和基础压力，降低建造成本。

4）本发明新型全干式连接预制混凝土夹层板工业化程度高（装配率高、施工速度快）、产品质量易控制、工人劳动强度低、节能节材和环保效果好。

附图说明

图1是本发明全干式连接预制混凝土夹层板的板顶平面示意图（俯视图）；

图2是本发明全干式连接预制混凝土夹层板的板底平面示意图（仰视图）；

图3、图4、图5、图6分别是：图1中的B-B截面、C-C截面、D-D截面和轻质填充物截面图；

图7和图8分别是板顶连接节点区和板底连接节点区示意图；

图9为板缝节点区a-a截面图；

图10为板底金属连接板与预埋金属板连接详图，图中，表示采用角焊缝施工现场三面围焊（hf表示焊脚尺寸）；

图11为板底金属连接板尺寸、中开孔尺寸和焊缝尺寸示意图；

图12、图13、图14和图15分别为：板侧顶部预埋件、板侧底部预埋件、板端预埋件和板侧靠近端部的板顶与板底抗拉预埋件的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种全干式连接预制混凝土板，包括两侧采用企口形式的预制混凝土板1，在预制混凝土板1的顶部两侧分别预埋成排的板顶预埋件2，在预制混凝土板1的底部设有一组板底预埋件3，在预制混凝土板1的两端分别预埋板端连接件5；所述的板顶预埋件2包括板顶锚板，在板顶锚板上连接有板顶锚筋，所述板顶锚筋预埋于预制混凝土板1内，所述板顶锚板裸露于预制混凝土板的企口侧面上；所述的板底预埋件3包括分别位于预制混凝土板1板底两侧的纵向板底钢筋36，在纵向板底钢筋36上连接有预埋金属板，在位于预制混凝土板1板底一侧的预埋金属板与位于预制混凝土板1板底另一侧的预埋金属板上设有横向板底钢筋，并且，所述横向板底钢筋的一端与位于预制混凝土板1板底一侧的预埋金属板连接，所述横向板底钢筋的另一端与位于预制混凝土板1板底另一侧的预埋金属板连接，所述金属板底面裸露于预制混凝土板的板底表面。在本实施例中，

在预制混凝土板1的两端分别预埋抗拉连接件4，所述抗拉连接件4包括锚筋41，在锚筋41的两端分别连接有锚板42，且锚筋41两端的锚板42外表面分别裸露于预制混凝土板的企口侧面上。所述板顶锚筋可以呈V字形且V字形底部与板顶锚板连接。所述板端连接件5包括纵向钢筋51，在纵向钢筋51的一端连接有板端锚板52且板端锚板52上表面裸露于预制混凝土板表面。

预制混凝土板预制混凝土夹层板，板底配筋根据跨度和载荷选择普通钢筋或预应力筋，夹层为憎水膨胀珍珠岩或其它膨胀类轻质材料或中空箱体材料制成，夹层范围根据埋件和锚筋位置确定，以满足受力和钢筋锚固要求。

实施例2

一种由所述全干式连接预制混凝土板构建的楼盖，包括由全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，在楼板的周围连接有梁，所述梁分别与全干式连接预制混凝土板的两端及外侧全干式连接预制混凝土板连接，相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板顶预埋件2相互连接且相对应的板顶预埋件2中的板顶锚板焊接连接，在相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件3中的相对应的预埋金属板上设有板底金属连接板35，在板底金属连接板35的中部设有通孔，板底金属连接板35通过三面围焊分别与相对应的预埋金属板焊接连接。

实施例3

一种楼盖的抗震性能提升方法，首先，将全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，将楼板与周围的梁连接，其次，将相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板顶预埋件2的板顶锚板满焊焊接，再通过对相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件3的焊接连接，调控节点连接的金属板的开孔尺寸和焊缝长度，使板底预埋件的变形能力接近于板顶预埋件。在本实施例中，板底预埋件3的焊接连接采用在相邻全干式连接预制混凝土板的位置相对应的2个板底预埋件中的预埋金属板上覆盖板底金属连接板，用三面围焊将板底金属连接板分别与2个板底预埋件中的预埋金属板连接，在板底金属连接板的中央位置开设通孔。

下面参照附图，对本发明的实施方案作处更为详细描述：

本发明全干式连接预制混凝土夹层板，由预制混凝土板1、板顶预埋件2、板底预埋件3、抗拉连接件4、板端连接件5组成，板内可填充轻质填充物6。

在图7、图8和图9分别示出了相邻2块全干式连接预制混凝土板的连接关系，其中101为相邻两块预制混凝土板中一块即第一预制混凝土板, 701为相邻两块预制混凝土板中另一块即第二预制混凝土板.

参照图7、图9，第一预制混凝土板101的上企口12（参照图3）与第二预制混凝土板701的下企口71相互搭接，第一预制混凝土板中预埋第一板顶预埋件，第一板顶预埋件包括第一板顶锚板22，在第一板顶锚板22上焊接连接有第一V字形板顶锚筋21，第二预制混凝土板中预埋第二顶预埋件，第二顶预埋件包括第二板顶锚板24，在第二板顶锚板24上焊接连接有第二V字形板顶锚筋23，在第一板顶锚板22与第二板顶锚板24之间设置金属条25，待第一预制混凝土板101和第二预制混凝土板701安装就位后，将金属条25分别与第一嵌板22、第二嵌板24焊接连接；

参照图8、图9，第一预制混凝土板101的上企口12（参照图3）与第二预制混凝土板701的下企口71相互搭接，第一预制混凝土板101中预埋第一板底预埋件，第二预制混凝土板701中预埋第二板底预埋件，具体包括与第一板底钢筋31连接的第一预埋金属板32、与第二板底钢筋33连接的第二预埋金属板34及板底金属连接板35，板底金属连接板35分别与第一预埋金属板31、第二预埋金属板33焊接连接，所述开孔板尺寸应遵循同一连接节点上下两个连接件刚度和强度相接近的原则，如在板顶连接件采用直径为10mm的三级钢筋、锚板采用-100×50×10的Q235B级钢板时孔径D：开孔板长度L：开孔板宽度B：焊缝水平段长度l _w=1:5:1.6:1.5，以保证板底连接节点与其上方对应位置处的板顶连接节点在水平荷载作用下能协同工作，为该节点提供最大的强度和刚度。对于其它类型或尺寸的板顶连接件，板底连接的四个几何参数D、L、B、l _w的比值需重新分析确定。

板底连接节点强度和刚度计算方法如下：

盖板两端通过角焊缝与锚板连接，假设焊缝相当于固定边界，但通过与试验结果比较，此假设并不成立，试验测得的刚度小于根据此假设得出的刚度值。因此，需要考虑焊缝对盖板刚度的影响，进而细化计算模型。

经过有限元模拟，简化计算模型的几何尺寸如下：

1）钢板厚度t、宽度B同实际盖板；

2）孔径为R的圆孔等效为尺寸为R0.8R矩形孔洞。

简化后的开孔板尺寸及边界条件。开孔板可等价为图中所示的三部分矩形板的串联，那么开孔板的总刚度由三块矩形板的刚度组合而成。

开孔板的每一部分的刚度可由下式求得，即

（1）

（2）

简化开孔板在平面内剪力作用下的总变形值为三个个部分变形总和，则有

（3）

公式可变换为：

（4）

式中，、分别代表开孔盖板两端与中部三个部分的弹性刚度，需要说明的是，为等效开孔盖板中间部分的弹性刚度，它由孔洞上下平行连接的两子部分刚度决定。因此，由公式（1）~（2）可得

（5）

因此，盖板式板缝连接节点抗剪刚度为：

（6）

开孔板的平面内抗剪强度有两个水平，即屈服强度和极限强度。由有限元分析可知，开孔板的变形以弯曲变形为主，且变形主要集中在圆孔附近，屈服时开孔板附近的应力分布云图与变截面悬臂梁相似。因此，在计算开孔板抗剪屈服强度时可将开孔板简化为多边形进行计算。这样，开孔板的抗剪强度计算就简化为悬臂梁的计算。

根据上述简化模型，可求得开孔板的抗剪屈服强度为：

（7）

式中	R	——盖板开孔直径；
				t	——盖板厚度；
	f y	——盖板屈服强度。

由此可得盖板式板缝连接节点抗剪屈服强度为：

（8）

开孔板的极限荷载V _su 依赖于钢板的应变强化和圆孔周围塑性的扩展。由前述有限元分析中的盖板式节点破坏时的应力云图可知，在平面内剪力作用下，最大应力出现在开孔板的中截面附近，因此可基于下述假定来计算开孔板的极限抗剪承载力。

（1）由mises屈服准则可知，在一定的变形条件下，当材料的剪切应变能达到某一临界值时，材料就开始进入塑性状态。 假定该准则也适用于开孔板的在剪切荷载作用下的极限状态阶段，因此，最大剪切应力为。

（2）假定开孔板中截面的剪应力按图4中所示的方式分布。这一简化的剪切应力分布形式是通过数值分析结果并根据实测数据进行了修正所得。

基于上述考虑，开孔板的极限承载力计算公式可有截面上的剪切应力积分得到，即

（9）

在图1-图9给出的实例图中，轻质填充物6布置位置根据板顶连接件2的锚筋21、抗拉连接件4的锚筋41在预制板中的布置形式而定，保证锚筋和板内钢筋有足够的锚固厚度，轻质填充物可为憎水膨胀珍珠岩等轻质块体或空腹箱体。

在图1-图14给出的实例图中，板顶连接件2中锚筋21在靠近锚板22位置可设置长度大于50mm的用包裹油纸等方法做无握裹力处理，使得处理后的锚筋能自由变形，以提高连接件的变形能力；在抗拉连接件4中锚筋41在靠近锚板42位置可设置长度大于50mm的用油纸包裹等方法做无握裹力处理，以提高连接件的变形能力。

在图2、图3、图8、图9、图10和图13给出的实例图中，板底连接件3中预埋钢板32与两根垂直于板缝方向的板底钢筋31和一根平行于板缝方向的板底钢筋36焊接连接。

在图1、图2、图4和图15给出的实例图中，抗拉连接件4由两根锚筋41和两块锚板42组成，相邻两块预制板中的锚板通过钢件焊接连接。

在图1、图2、图5和图14给出的实例图中，板端连接件5由两根板内纵向钢筋51和锚板52组成，纵向钢筋51和锚板52焊接连接，预制夹层板安装就位后与支撑构件梁或墙对应位置处的预埋件焊接连接。

具体安装时，先吊装就位并固定梁或墙，而后安装支撑板，后吊装被支撑板，然后用金属条、矩形金属板和开孔金属板将对应位置处的预埋件进行焊接连接。

Claims (8)

1.一种全干式连接预制混凝土板，包括两侧采用企口形式的预制混凝土板(1)，其特征在于，在预制混凝土板(1)的顶部两侧分别预埋成排的板顶预埋件(2)，在预制混凝土板(1)的底部设有一组板底预埋件(3)，在预制混凝土板(1)的两端分别预埋板端连接件(5)；所述的板顶预埋件(2)包括板顶锚板(22)，在板顶锚板上连接有板顶连接件锚筋(21)，所述板顶连接件锚筋预埋于预制混凝土板(1)内，所述板顶锚板(22)外表面裸露于预制混凝土板的企口侧面上；所述的板底预埋件(3)包括分别位于预制混凝土板(1)板底两侧的纵向板底钢筋(36)，在纵向板底钢筋(36)上连接有预埋金属板，在位于预制混凝土板(1)板底一侧的预埋金属板与位于预制混凝土板(1)板底另一侧的预埋金属板上设有横向板底钢筋(31)，并且，所述横向板底钢筋(31)的一端与位于预制混凝土板(1)板底一侧的预埋金属板(32)连接，所述横向板底钢筋的另一端与位于预制混凝土板(1)板底另一侧的预埋金属板(32)连接，所述预埋金属板下表面裸露于预制混凝土板的板底表面。

2.根据权利要求1所述的全干式连接预制混凝土板，其特征在于，在预制混凝土板(1)的两端分别预埋抗拉连接件(4)，所述抗拉连接件(4)包括锚筋(41)，在锚筋(41)的两端分别连接有锚板(42)，且锚筋(41)两端的锚板(42)外表面分别裸露于预制混凝土板的企口侧面上。

3.根据权利要求1或2所述的全干式连接预制混凝土板，其特征在于，所述板顶预埋件(2)的板顶连接件锚筋(21)呈V字形且V字形底部与板顶锚板连接。

4.根据权利要求3所述的全干式连接预制混凝土板，其特征在于，所述板端连接件(5)包括纵向钢筋(51)，在纵向钢筋(51)的一端连接有板端锚板(52)且板端锚板(52)上表面裸露于预制混凝土板表面。

5.一种由权利要求1～4中任一权利要求所述全干式连接预制混凝土板构建的楼盖，其特征在于，包括由全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，在楼板的周围连接有梁，所述梁分别与全干式连接预制混凝土板的两端及外侧全干式连接预制混凝土板连接，相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板顶预埋件(2)相互连接且相对应的板顶预埋件(2)中的板顶锚板焊接连接，在相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件(3)中的相对应的预埋金属板上设有板底金属连接板(35)，在板底金属连接板(35)的中部设有通孔，板底金属连接板(35)通过三面围焊分别与相对应的预埋金属板焊接连接。

6.一种权利要求5所述楼盖的抗震性能提升方法，其特征在于，首先，将全干式连接预制混凝土板拼接形成的楼板，将楼板与周围的梁连接，其次，将相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板顶预埋件(2)的板顶锚板通过金属件(25)焊接连接，再通过对相邻全干式连接预制混凝土板中的位置相对应的板底预埋件(3)的焊接连接，调控节点连接的开孔尺寸和焊缝长度，使板底预埋件的承载力和变形能力接近于板顶预埋件，所述金属件为长度与板顶连接件锚筋(21)平直段长度相等的圆钢或方钢条。

7.根据权利要求6所述的抗震性能提升方法，其特征在于，板底预埋件(3)的焊接连接采用在相邻全干式连接预制混凝土板的位置相对应的2个板底预埋件中的预埋金属板上覆盖板底金属连接板，用三面围焊将板底金属连接板分别与2个板底预埋件中的预埋金属板连接。

8.根据权利要求7所述的抗震性能提升方法，其特征在于，在板底金属连接板的中央位置开设通孔。