织物增强混凝土模板叠合钢筋混凝土单向板肋梁楼盖抗弯承载力计算

卜中平 荀 勇

（1 苏州科技大学土木工程学院；2 盐城工学院土木工程学院）

0 引言

织物增强混凝土（Textile-Reinforced Concrete简称：TRC）是一种新的建筑材料，它主要是由高性能细骨料混凝土和纤维织物组成，所谓织物是将连续的碳纤维或者耐碱玻璃纤维等通过纺织的技术如机织、针织、编织加工成平面或立体的织物。织物增强混凝土具有抗裂性好、耐久性好和耐腐蚀性强等特点[1-5]。近些年来，许多加固建筑公司使用碳纤维来修补混凝土梁，取得良好的表现。如今使用永久性模板来作为预制的构件作为建设装配式建筑的一部分，在能够保证模板的结构安全的前提下，装配式建筑采用永久性模板这种模板，可以加快工程施工，尽管制作永久性模板的价格要高于传统木模板或者钢模板的支设、拆除模板，但是整个建设工程的生产效率大幅度提高，整体缩短了工期，节省了整个综合工程成本。将TRC 和永久性模板结合用于叠合梁、带肋梁楼盖等结构，使用混合编织的织物网，织物网本身抗拉抗冲击能力较好，用来弥补混凝土本身抗拉强度较低的缺点。分析采用TRC 模板叠合楼盖的破坏模式，推导出织物增强混凝土叠合单向板肋梁楼盖抗弯承载力的计算公式，为今后的实际装配式建筑中楼盖工程的应用，提供依据。

1 开裂荷载计算

将半跨单向板肋梁楼盖截面视为T 型钢筋混凝土受弯构件进行计算，根据文献[3]中单向板楼盖的肋梁的纵向碳纤维与构件中的中和轴距离过于接近，即靠近中和轴的纵向碳纤维的应力应变比值较小趋近于零，对于叠合楼盖的正截面抗弯承载力的贡献作用几乎为零，本次计算认为叠合楼盖的抗弯承载力作为主要受力的是肋梁中受拉钢筋以及靠近底部的碳纤维。首先假设整个截面的应变在受力过程中一直保持平面，在叠合楼盖构件开裂前混凝土、织物及钢筋的变形协调。混凝土受拉区域面临开裂的时候应变较小，混凝土压区应力接近三角形，拉区改用名义弯曲抗拉强度ft.f后，采用换算截面[7]的方式来计算出构件开裂时的开裂弯矩。假设混凝土应力图为直线分布，则混凝土梁断裂的名义弯曲抗拉强度ft.f如式⑴。

式⑷中：W0——采用换算截面得出梁受拉边缘的截面抵抗距。

将叠合楼盖的碳纤维的截面和受拉钢筋的截面换算成混凝土面积。本次计算以受拉钢筋的Es与混凝土的Ec的比值为αsc，碳纤维的Ef与混凝土的Ec的比值为αfc，则叠合楼盖的底部受拉钢筋对应的截面积为αscAs，TRC 中碳纤维对应截面积为αfcAf。

除了原位置纵向钢筋的面积以及TRC 中纵向碳纤维的面积外，须在截面同一高度处增设附加面积(αsc－1)As和(αfc－1)Af，如图1 所示。

图1 单向板肋梁楼盖截面换算示意图

换算后的总面积Ac’如式⑸。

Ac’=Ac+（αsc－1）As+(αfc－1)Af⑸

受压区高度xc由混凝土中压、拉区对中和轴的面积距相等来确定，如式⑹、式⑺。

表1 为使用本次计算设计的计算公式计算文献[3]中织物增强混凝土叠合单向板肋楼盖试件承载力的计算结果和试验值。根据对比，表明单向板肋梁楼盖的计算值与试验所得出的结果较吻合。

表1 叠合楼盖的开裂荷载试验值和计算值

2 织物增强混凝土叠合单向板肋梁楼盖的抗弯极限承载力计算

2.1 基本假定

2.2 正截面计算公式

结合文献[3]中单向板肋梁楼盖试验结果可知，叠合楼盖在文献[3]中呈现适筋破坏的形态，即楼盖的下部钢筋屈服以及受压区的混凝土受压破坏。叠合楼盖的承载力计算模型如图2。

图2 单向板肋梁楼盖抗弯承载力计算模型图

根据上述式（20）可求出当叠合楼盖出现正截面弯曲破坏时所对应的极限弯矩，结合文献[3]中加载方式可以求出极限抗弯承载力Pu(Pu=24Mu/l0)，代入文献中整浇楼盖和叠合楼盖所对应的数据，将求出的计算值和试验值进行对比如表2 所示，分析结果可知，本文公式的试验值和计算值吻合度较好，故本文所提及的公式可用来计算这种构件的抗弯承载力。

表2 极限抗弯承载力数据对比表