关于钢筋桁架叠合板中钢筋桁架兼做吊点的研究

时间：2020-08-31 23:05:21 来源：CABR建筑工业化

01.前言

叠合楼板是目前装配式混凝土结构中应用比例最高的结构构件，具有整体性好、技术成熟、节省模板、下表面平整便于饰面层装修等优点。其中钢筋桁架叠合楼板还具备有效提升预制底板抗弯刚度、增加叠合板的整体性等优点，降低预制底板在生产、运输、施工过程中开裂的风险，在装配式结构工程中应用率极高。

钢筋桁架叠合板中，钢筋桁架除了增加预制底板刚度的作用以外，还可以兼做吊点。工程应用中，由于缺乏钢筋桁架兼作吊点的研究成果和相关规定，其承载力、受力及破坏状态以及影响因素并不明确，因此，很多项目中仍在钢筋桁架混凝土预制板上设置独立的吊钩，造成浪费。一些工程凭借经验采用钢筋桁架兼作吊点，但限于经验的局限性，尚存在一定的安全隐患。

为解决这一基础共性问题，提高钢筋桁架叠合板生产效率并节约成本，团队与龙信建设集团有限公司合作，共同开展了钢筋桁架兼作吊点的专项研究

02.研究内容

专项研究以钢筋桁架吊点的力学性能为核心，通过试验研究吊点的承载力、破坏形态等，根据研究结果给出钢筋桁架吊点的许用荷载和安全系数建议取值，同时提出应用条件和设计参数。

2.1试验试件设计

试件设计参考实际工程，试件的主要变化参数包括钢筋桁架型号、桁架腹杆钢筋牌号、桁架埋深、锚固措施、起吊角度等。

桁架型号：A80、A90

钢筋桁架型号选用最常用的A80和A90，尺寸及钢筋牌号见图1，上、下弦的焊点间距为200mm。

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图1 钢筋桁架型号

桁架腹杆钢筋牌号：CPB550（6）、HRB400（6）

其中CPB550为冷轧光面钢筋（非国标产品）。

桁架叠合板在正常使用阶段，钢筋桁架的腹杆钢筋不参与桁架叠合板的受力计算，但在桁架预制板的生产、运输、安装施工等短暂设计状况下，腹杆钢筋需要承载并起到连接、传递荷载的作用，因此实际工程应用中，冷轧光面钢筋仍有一定应用（图2）。试验设计时，选取工程中最常用的和两种规格。

图2 腹杆钢筋冷轧光面钢筋

桁架埋深：35mm、45mm

钢筋桁架的埋深是指钢筋桁架下弦钢筋下表面至桁架预制板上表面的距离，结合常用预制底板的厚度、钢筋排布方式、保护层、用于吊装时要求的最小高度等因素，桁架埋深选为35mm和45mm。

构造措施：有无横向钢筋锚固

钢筋桁架的下弦钢筋置于板内纵筋下方时，板内纵筋形成了对钢筋桁架的锚固；钢筋桁架的下弦钢筋置于板内纵筋上方时，可通过放置“附加钢筋”（长度为200mm），形成锚固，当无“附加钢筋”时，即“无钢筋锚固”。

起吊角度：60°、90°

起吊角度为吊绳与水平面夹角，选取工程中常用的起吊角度上、下限60°、90°为研究参数。

为防止混凝土板底的受压破坏，试件设计厚度取为200mm，并配置单层双向分布钢筋。

试件设计构造示意如图3所示。

图3 试件设计构造示意

试件参数列于表1中，相同参数试件浇筑2个，共16组32个试件。试件编号中，I、II、III、IV分别代表第1~4组；H代表腹杆钢筋为热轧带肋钢筋，C代表腹杆钢筋为冷轧光面钢筋；60、90分别代表加载角度为60°、90°。

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试验加载装置如图4所示。

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图4 吊点试件加载装置

2.2试验现象

吊点试件均为多阶段破坏，出现了上弦钢筋与腹杆钢筋焊点开裂、混凝土锚固破坏、腹杆钢筋断裂等现象，典型破坏模式如图5所示。

因桁架预制板在吊装过程中不允许发生破坏，因此以试验中试件出现的第一次荷载峰值作为试件的破坏模式进行试验现象的总结。

1）加载角度为90º时，试验现象基本对称出现；加载角度为60º时，两侧腹杆钢筋受力不同，发生先后两次焊点断裂或钢筋断裂，部分试件会发生混凝土锚固破坏；

2）腹杆钢筋为热轧带肋钢筋时，因钢筋延性较好，以焊点断裂、锚固区混凝土破坏为主要特征，钢筋断裂情况较少；腹杆钢筋为冷轧光面钢筋时，钢筋延性相对较弱，试验以腹杆钢筋断裂为主要破坏特征；

3）埋深35mm、45mm对吊点破坏模式的影响不明显，埋深35mm可以有效保证桁架预制板吊装时作为吊点使用而不发生过早破坏；

4）采用板内纵向钢筋或附加钢筋对钢筋桁架进行锚固时，可以有效减缓试件发生锚固破坏。

图5 第一次峰值荷载时吊点破坏模式

典型试件的荷载-位移曲线如图6所示，图中以红色点标示了第一次荷载峰值点。不同类型试件的荷载-位移曲线由于不同的试验现象及破坏模式表现出复杂的变化特征。相同试件特征基本一致。

图6 试件荷载-位移曲线

为便于设计，对钢筋桁架埋深不小于35mm且钢筋桁架有钢筋锚固时，对钢筋桁架埋深为35mm、45mm且有锚固的情况，取不同情况下平均值的最小值，汇总给出表3钢筋桁架吊点承载力标准值，用于短暂设计状况的验算。

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03.施工安全系数

施工安全系数Kc为预埋吊件的承载力标准值或试验值与施工阶段的荷载标准组合作用下的效应值之比，包含因素较多，包括构件自重荷载分项系数、钢筋弯折后的应力集中对强度的折减、加载角度、临时结构的安全系数等等。表达为式1：
Kc=Rc/[Sc] （1）

式中：Rc——吊件的承载力标准值或试验值；

[Sc]——施工阶段的荷载标准组合作用下的效应（允许）值。

以荷载效应值为表达时，则有式2：

[Sc]=Rc/Kc （2）

为保证吊点的安全，应有式3：

Sc≤[Sc]=Rc/Kc （3）

式中：Sc——施工阶段的荷载标准组合作用下的效应（实测）值。

当钢筋桁架兼作吊点时，吊点的承载试验值Rc可根据表3选用，Sc根据设计计算确定；当确定Kc后，即可应用于吊点的短暂设计工况验算。

本次试验中，吊点试件的破坏模式包括吊点处桁架钢筋破坏（焊点破坏、钢筋破坏）和锚固混凝土破坏。各国对于吊件的施工安全系数取值，预埋件系统的施工安全系数范围为2.35~5，锚固失效时吊件的施工安全系数范围为2.1~4；我国国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666−2011第9.2.4条规定，普通预埋吊件的施工安全系数Kc=4。

综合上述且为便于设计，当钢筋桁架兼作吊点时，建议短暂设计状况下吊点施工安全系数Kc统一且偏安全地取值为4。

04.设计建议

综合试验结果，当采用钢筋桁架兼作桁架预制板的吊点时，应对吊点处的焊点质量进行严格控制，并应同时采取可靠的锚固措施，提出设计建议如下：

1）钢筋桁架的埋深不小于35mm；

2）桁架下弦钢筋置于板内纵筋下方或采用附加钢筋锚固，建议附加钢筋长度不小于200mm；

3）当钢筋桁架兼作吊点时，建议短暂设计状况下吊点的施工安全系数Kc取值为4；

4）吊绳与桁架预制板的夹角不应小于60°；

5）钢筋桁架的生产应保证焊接质量，尤其是兼做吊点处的焊接质量。

本篇作者：

李然，工学博士，副研究员，2011年毕业于哈尔滨工业大学。

主要从事装配式混凝土结构的研究工作。负责并参与多项装配式混凝土结构的研发工作，作为骨干研究人员参与“十二五”国家科技支撑计划课题《装配式建筑混凝土框架结构关键技术研究》2011BAJ10B02、《安装施工关键技术研究与规模化应用示范》2011BAJ10B06、《适应岛礁作业的模块化构件的预制与装配技术研究与应用》2014BAB15B03、“十三五”国家重点研发计划课题《装配式混凝土结构关键配套产品开发》2016YFC0701907，以及多项住建部课题、中国建筑科学研究院课题的研发工作。参与国家标准《装配式建筑评价标准》GB/T 51129-2017、行业标准《预制混凝土外挂墙板应用技术标准》JGJ/T458-2018以及多项团体标准的编撰。

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