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基于欧标的混凝土叠合板结合面设计 郭大维，彭志豪，覃 杰（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州，510290）摘要：目前国内规范对混凝土叠合板结合面的设计只有一些构造的规定，无具体验算内容和计算方法，本文以中国规范GB 50010-2010、JTS 167-1-2010、欧标规范 EN 1992-1-1:2004 为基础，给出了结合面的不同构造、计算内容和方法，并通过案例给出不同结构结合面的抗剪计算结果，表明结合面的抗剪承载力与结合面构造、叠合板的厚度、混凝土强度以及抗剪钢筋等有关，不是所有叠合板都要设置凹凸齿。关键词：叠合板；结合面；欧标；结合面构造；抗剪承载力 中图分类号：TV331 文献标识码：A 文章编号：1004-9592（2023）04-0059-04 DOI:10.16403/ki.ggjs20230413 Design of Interface of Concrete Composite Slab Based on European Standard Guo Dawei,Peng Zhihao,Qin Jie（CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong 510290,China）Abstract:By now,the regulations specified in Chinese Standard involve in the structure design of the interface of concrete composite slabs,but the related calculation detail and methods are not available.In the case,different structure interfaces,the related calculation detail and methods are produced by referring to Chinese standard GB 50010-2010,JTS 167-1-2010 and European standard EN 1992-1-1:2004.Anti-shear checking results of different structure interfaces are given through engineering practice.the research shows that the shear bearing capacity of the interface is affected by the structure of interface,the thickness of composite slab,concrete strength and shear reinforcement etc.It is unnecessary to set concave and convex combs on each of composite slabs.Key words:composite slab;interface;European Standard;structure of interface;shear bearing capacity 引引 言言 混凝土板是楼面、码头面、桥梁面板等结构常用结构组成部分，采用全现浇混凝土面板时整体性和抗渗性好，但是需要的模板多，施工速度慢，现场工作量大；采用预制板虽然可以节省大量模板和缩短工期，但是整体性差、抗渗性差；而混凝土叠合板则结合了二者的优点，采用底层预制和上层现浇相结合的一种结构形式，因此已经广泛应用，但是中国规范 GB 50010-20101、JTS 167-1-20102关于叠合板结合面的结构种类和设计方法不明确，只是给出一些原则性的规定，缺少具体的设计方法，国内文献中虽有不少学者分析影响叠合板结合面承载能力的影响因素，但未给出具体的定量分析方法，例如刘体峰的混凝土叠合板叠合面抗剪分析3中给出结合面破坏的机理和影响因素，刘成才的混凝土叠合板叠合面抗剪性能试验研究4一文中了给出了叠合面采用自然粗糙、以及不用深度凹凸齿压痕条件的叠合面抗剪承载能力试验研究，但都未给出叠合板结合面的设计方法，本文通过某高桩项目案例，分析叠合板结合面的破坏机理、影响因素，通过中国规范高桩码头设计与施工规范与欧收稿日期：2022-02-20 作者简介：郭大维(1982-)，男，硕士，高级工程师，主要从事港口、海岸工程设计及管理工作。59Port,Waterway and Offshore Engineering 洲规范 EN 1992-1-1：20045对叠合板的结合面进行设计，为叠合板的设计提供依据。1 现有叠合板研究成果现有叠合板研究成果 1.1 叠合板的构造及破坏形式叠合板的构造及破坏形式 叠合板结合面结构构造可分为不带凹凸齿和带凹凸齿6，不带凹凸齿的又可以分为很光滑面、光滑、粗糙三种，各种构造分别可以分为设置和不设置抗剪钢筋，其中抗剪钢筋可以为箍筋、弯起筋等，如图 1所示。（a）无抗剪钢筋 （b）有抗剪钢筋 图图 1 凹凸齿和光滑面叠合板结合面凹凸齿和光滑面叠合板结合面 根据结合面构造的不同，叠合板沿叠合面发生的破坏可以分为脆性破坏和延性破坏。穿过无抗剪筋结合面的直接剪切叠合板的破坏是突然发生的，即沿结合面的裂缝出现与破坏是同时发生的，属于脆性破坏。对于配有抗剪筋穿过结合面的直接剪切叠合板，在受剪过程中，先沿结合面出现裂缝，试件不会发生突然破坏，仍然可以继续承受外加荷载，直到穿过结合面的钢筋应力达到屈服极限，叠合板才发生破坏，因此有明显的预兆，属于延性破坏。1.2 叠合板结合面的破坏机理叠合板结合面的破坏机理 混凝土叠合板由于新旧混凝土之间的粘结强度低于一次浇筑的混凝土抗剪承载力，因此新旧混凝土的结合面易发生剪切破坏，一般叠合板结合面裂缝均由斜裂缝发展至结合面后所引起，发生结合面破坏的不带凹凸齿的叠合板，为剪跨内的斜裂缝开展至结合面后，引起结合面发生宽度和长度均较小的局部水平裂缝。当荷载继续增加，局部水平裂缝即迅速发展为沿整个剪弯区段结合面的水平贯通裂缝，导致板沿结合面发生破坏。设置凹凸齿压痕处理的叠合板，增加了两部分混凝土间的粘结强度，同时凹凸齿压痕分散了结合面微裂缝的集中发展，阻碍了结合面局部水平裂缝的贯通发展，因此板的承载力仍由斜截面抗剪承载力控制，通常不会发生结合面破坏的情况。当结合面设置抗剪钢筋时，斜裂缝发生至结合面后，先沿结合面发生小段的局部水平裂缝，然后进入后浇混凝土中，随着荷载的增加，继续延伸，最后发生斜截面剪切破坏，由于配有抗剪钢筋，使得结合面局部水平裂缝发展受到了约束，阻止了结合面的水平裂缝贯通破坏。通过分析以上叠合板结合面的破坏机理，可以看出影响结合面破坏的因素有结合面的形式、有无抗剪钢筋6、叠合板的厚度、混凝土强度等。2 中欧规范对叠合板结合面设计的规定中欧规范对叠合板结合面设计的规定 2.1 中国规范规定中国规范规定 中国规范 GB 50010-2010 中要求齿高不小于 4 mm，规定承受较大荷载时宜在预制底板上设置伸入叠合面的构造钢筋，对不配置箍筋的叠合板，除符合结合面粗糙的构造要求外，要求结合面允许剪应力小于 0.4 N/mm2；JTS 167-1-2010高桩码头设计与施工规范规定叠合板结合面宜设置凹凸齿，齿高 20 mm，齿长约 150 mm；因此中国规范都是规定宜设置凹凸齿，而不建议叠合面设计成光滑面或粗糙面，没有给出关于不同形式结合面的抗剪承载力计算方法，例如叠合面采用光滑面，不设置凹凸齿时是否可行，其结合面的抗剪承载能力难以确定。2.2 欧洲规范规定欧洲规范规定 EN 1992-1-1:2004 认为叠合板的结合面主要发生从新旧混凝土结合面的剪切破坏，叠合面是否采用凹凸齿没有给出推荐，而是给出不同构造形式的结合面抗剪切承载力计算给出了具体的方法，包括设置凹凸齿和不设置凹凸齿（不设置凹凸齿又分为很光滑、光滑、粗糙三种情况），以及结合面有无抗剪筋的情况，在不设置凹凸齿能满足抗剪切要求时可以不设置凹凸齿，其中新旧60 混凝土结合面抗剪验算应满足公式（1）（5）：RdiEdiVV （1）)/(iEdEdizbVV （2）cdydnctdRdivffcfV5.0)cossin(（3）iSAA/（4）)2501(6.0ckfv （5）式中：EdiV为结合面的剪应力设计值（kN）；RdiV为结合面的设计抗剪承载力（kN）；为指现浇混凝土区域的纵向力与受压区域或拉伸区域的合计纵向力之间的比值，所考虑的截面均需计算这两种应力；EdV为叠合板的剪力设计值（kN）；z为结合面的杆臂高度（m）；bi为结合面的宽度（m），对于叠合板一般分析每延米的宽度；c、为结合面的粗糙度系数，分为很光滑、光滑、粗糙和有凹凸齿四种情况，其中很光滑为使用钢模具、塑料模具或特制木质模具浇注而成的表面，c=0.25，=0.5；光滑为滑模或挤压成型表面，或振动后无需进一步加工的自由表面，c=0.35，=0.6；粗糙为粗糙度至少为 3 mm、间距约为 40 mm 的表面，通过架接、骨料外露或等效的其他方法制成，c=0.45，=0.7；对设置凹凸齿的表明面，c=0.5，=0.9；对于活动荷载 c 值减半；fctd为混凝土抗拉强度设计值（MPa）；n为由界面上最小外部法向力引起的单位面积 应 力，该 应 力 可 以 与 剪 切 力 同 时 发 生，cdnf6.0，受拉为负。如n为拉力，则 cfctd 应取值为 0；AS为结合面抗剪钢筋的截面积之和（mm2）；Ai为结合面面面积（mm2）；为抗剪钢筋与结合面的夹角（度）；v 为混凝土抗剪承载力折减系数。EN 1992-1-1 中同时对构造也给出了一定的要求，对设置凹凸齿的结合面，齿高要求大于 5 mm，齿长不大于 10 倍的齿高，具体要求见图 2。图图 2 EN 1992-1-1 对叠合面的构造规定对叠合面的构造规定 3 某高桩码头叠合板结合面设计案例某高桩码头叠合板结合面设计案例 该项目为集装箱码头，码头采用高桩梁板结构，基础桩基采用 PHC 和灌注桩，排架间距 6.096 m，设置有前、后梁轨道梁及后边梁，无其他纵梁，长边跨度与短边跨度之比大于 2，因此按照单向板设计，板厚 600 mm，混凝土强度为C35/45，钢筋采用英标强度的 B500，面板采用叠合板以保证质量和施工速度，本项目为海外项目，施工设备受限，根据施工单位要求，叠合板的预制部分重量不能超过 15 t，因此预制板部分厚度和现浇部分高度均为 300 mm，叠合面断面如图3 所示，叠合板长 4 096 mm，宽度 2 900 mm。图图 3 某项目叠合板断面图某项目叠合板断面图 码头面主要控制荷载为均布荷载 35 kPa 以及移动高塔吊支腿荷载，工作状态单个支腿荷载为 2 176 kN，支腿尺寸为 2 m4.5 m。由于移动高塔吊荷载，根据叠合板的计算原理7-8，经计算面板最大剪力设计值为 813.21 kN，不考虑高塔吊作业的工况最大剪力设计值只有 160 kN，最大弯矩设计值为 240.19 kNm，支腿产生的最大单位面积的面板压力为 242 kN，本文重点研究叠合板现浇层产生剪切裂缝后，结合面能否承受传递至结合面的剪力，以及面板压力 Ned在结合面产生的剪力，内力及其它强度验算不进行分析。根据斜截面抗剪验算结果，需配置抗剪箍筋如图 4所示，箍筋直径 14 mm，纵向间距 240 mm，横向间距 500 mm，根据中国规范高桩码头设计与施工规范在结合面设置了凹凸齿，齿高 20 mm，齿长 150 mm，但由于配置了抗剪箍筋，在叠合板的预制板部分压痕较困难，给施工带来61 了一定麻烦，从施工角度拟取消凹凸齿，以粗糙（骨料外漏）的方式简化叠合板结合面构造。根据中国规范 JTS 167-1-2010 难以确定是否可以取消凹凸齿，虽然凹凸齿能增大结合面的抗剪作用，但是本项目配置了较多的斜截面抗剪箍筋，根据欧洲规范 EN 1992-1-1:2004 抗剪箍筋同样能加大结合面的抗剪切能力，因此基于欧标对本项目叠合板采用不同结合面构造形式的抗剪承载力进行计算，计算结果发现由于剪力较大，即使设置了抗剪箍筋，仍需设置凹凸齿才能满足结合面的抗剪验算要求。图图 4 叠合板抗剪箍筋布置图叠合板抗剪箍筋布置图 根据计算结果分析，叠合板结合面最大剪力设计值为 1 670 kN，“很光滑”、“光滑”、“粗糙”、“凹凸齿”四种结合面不同构造的设计抗剪承载力分别为 1 023 kN、1 301 kN、1 579 kN和 1 915 kN，在考虑高塔吊时结合面抗剪设计值为 1 670 kN，不考虑高塔吊作业的时结合面最大剪力设计值只有 328 kN；因此考虑码头面高塔吊时需要设置凹凸齿才能满足抗剪切要求，抗剪承载力为 1 915 kN1 670 kN，由于国内集装箱码头较少采用高塔吊在码头前沿作业，叠合板的斜截面抗剪不需设置抗剪箍筋，该案例在不设置抗剪箍筋和凹凸齿的情况下结合面的抗剪承载力为 660 kN，大于 328 kN，既不考虑高塔吊的情况下不设置凹凸齿同样能满足结合面的抗剪要求。4 结结 语语 1）对比中国规范和欧标，中国规范直接建议设置凹凸齿，而欧洲规范给出了四种叠合面设计方式，没有直接要求使用凹凸齿构造，因此认为国标对结合面设计要求较欧标更高；2）根据欧标叠合板结合面的设计需要进行结合面的抗剪承载力验算，不能只按照构造设计，当剪力较小时可以不按照中国规范设置凹凸齿，剪力较大时需要设置凹凸齿以及根据需要设置抗剪钢筋；3）欧标给出了不同形式的结合面抗剪承载力计算方法，能够通过定量分析有依据的设计结合面；4）建议遵循国内标准规定及要求为大前提下，在荷载一般且施工条件满足条件下按国标正常设置凹凸齿；当荷载大时需要复核凹凸齿是否满足欧标要求；在荷载小并设置凹凸齿施工有难度时可通过欧标进行优化论证。参考文献：参考文献：1 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50010-2010 混凝土结构设计规范S.北京:中国建筑工业出版社,2010.2 中华人民共和国交通运输部.JTS 167-1-2010 高桩码头设计与施工规范S.北京:人民交通出版社,2010.3 刘体峰,混凝土叠合板叠合面抗剪分析J.城市建设理论研究(电子版),2013,(18):1-6.4 刘成才,混凝土叠合结构叠合面抗剪性能试验研究J.建筑科学,2021,(1):56-61.5 EN 1992-1-1:2004 Eurocode 2:Design of concrete structures-part 1-1:General rules and rules for buildings S.6 刘立新,于春,栾文彬,汤筠.预制混凝土叠合板的无筋叠合面的抗剪切性能试验研究J.科学研究,2013,(1):80-82.7 沈蒲生.混凝土结构设计原理(第 3 版)M.北京:高等教育出版社,2009,72-78.8 赵培莉.装配式钢筋混凝土部分叠合板的设计及计算方法J.广西城镇建设,2021,(2):48-52.62