装配式叠合板吊装的有限元分析

装配式叠合板吊装的有限元分析

王立权

广州大学土木工程学院广东广州510006

摘要：装配式构件吊装是装配式建筑施工必不可少的环节，其中叠合板吊装数量大，且吊装方式有着其它构件不同的特点。本文通过对叠合板吊装方案的讨论，确定出可行且经济的吊装方式，并通过理论计算与有限元模拟分析相结合的方法对采用钢梁或钢桁架进行吊装进行抗拉、抗弯、抗裂强度验算。通过对采用钢梁和钢桁架吊装的对比分析，得到采用钢梁和钢桁架吊装都能满足抗弯、抗拉及抗裂性能要求。但钢梁吊装减轻了整体吊装重量和减少了钢桁架的制作成本，更具有经济优势。采用钢梁吊装的吊装方案更合理，为进一步解决工程实践问题提供了借鉴。

关键词：装配式叠合板；吊装；计算；有限元模拟

0前言

装配式混凝结构在施工中需要吊装的构件包括了预制混凝剪力内外墙板、预制钢筋混凝土阳台板、预制钢筋混凝土空调板、钢筋混凝土板式楼梯和钢筋混凝土叠合板等，其中，预制混凝土叠合板相对其它预制板较薄，预制层厚度一般只有50～70mm,在吊运过程中极易出现开裂问题，当构件出现裂缝后，除了影响其受力性能，外界的侵蚀性介质渗入会使钢筋的寿命受到影响，一旦作用意外荷载，构件可能突然破坏[1]。因此，本文将重点讨论和研究预制叠合板的吊装。

1叠合板吊运方案

叠合板属于水平受力构件，所以无论在脱模起吊还是施工现场的吊运，都应该采用平吊的方式进行吊装，即叠合板在吊装过程中其轴线或中面保持水平状态。由于一个项目所需叠合板的类型是多样的，一般根据叠合板的尺寸、质量以及现场施工条件的影响，从而利用分配梁或分配桁架的方式进行起吊，而部分叠合板现场直接采用单点方式（图1）。根据项目施工的情况，绝部分叠合板的尺寸偏大，叠合板的吊运主要采用前两种方案，

对于同一种尺寸的预制板，两种方案的受力状态不同，在第一种方案能满足要求的情况，第二种方案若能满足，则能减轻吊装的整体重量，也能节省制作各种尺寸分配桁架的费用，经济合理。下面对这两种吊运方案的受力进行分析，同时分别对其进行是否满足要求的标准验算。

图1叠合板吊装方案

2叠合板吊装有限元模型的建立

本文针对采用分配梁和分配桁架进行吊装的叠合板进行有限元模拟，根据模拟分析结果对两种吊装方式进行对比，从而验证在叠合板吊装吊点选取是否合理以及相同条件下采用分配梁吊装是否更安全经济。

本文模型是由钢筋、混凝土组成的预制叠合板结构，采用Ｃ30混凝土，选取本工程数量最多的某规格叠合板为研究对象，此叠合板规格为底板长Lx=2100mm，板宽Ly=2020mm，厚度t=70mm，重量为7.5KN，板内沿纵横布置Φ8@180受力钢筋，此板的吊装方式有两种，第一种吊装为吊绳与板面垂直即采用钢桁架吊装，第二种为在x方向吊绳与板面成45度夹角即采用钢梁吊装。

在ANSYS中结构模型如图2、图3所示。对该结构做以下几方面的假设：①吊装时只考虑叠合板自重和动力系数的影响，动力系数取值为1.5，即在竖直方向施加的重力加速度为14.7m/s²[2]；②对于叠合板只设置平面外约束。

图2钢桁架吊装有限元模型图图3钢梁吊装有限元模型图

本模型的建立只采用钢筋和混凝土两种材料，而吊装单元则考虑混凝土、钢筋、吊绳三种单元，建立分离式有限元模型。对于此预制混凝土构件混凝土材料采用solid65单元，solid65单元具有８个节点，每个节点包含Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向的线位移。此单元可对混凝土的开裂、压碎、塑性变形及蠕变等线性进行处理。

此预制叠合板钢筋采用link180单元，link180单元具有塑性、蠕变、大变形、大应变等功能，能承受轴向拉压但不承受弯矩，每个节点具有Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向的平动位移，可对桁架、连杆、弹黃进行模拟，具有广泛的工程应用。此预制叠合板吊绳采用link10单元，link10单元每个节点具有３个自由度，无论受拉还是受压都没有弯曲刚度，link10单元又被称为3D仅受拉或受压单元，从字面意思上我们可以知道该单元是一个仅受压或受拉的单元，对于绳或间隙可进行模拟[3]。

3叠合板吊运有限元静力分析

对于预制叠合板吊装的静力分析，主要考虑应力集中的预埋吊钉螺栓处混凝土的最大应力满足要求，保证混凝土不开裂。钢桁架吊装应力云图见图4。

图4钢桁架吊装应力云图

从钢桁架吊装应力云图可得，吊钉螺栓处混凝土拉应力为0.11Mpa，远远小于此时混凝土的抗拉强度ftk＝２．01ＭＰａ，混凝土未开裂，叠合板在吊装过程中一直处于弹性阶段，吊装是安全的。钢梁吊装应力云图见图5。

图5钢梁吊装应力云

从钢梁吊装应力云图可得，吊钉螺栓处混凝土拉应力为0.13Mpa，远远小于此时混凝王的抗拉强度ftk＝2.01ＭＰａ，混凝土未开裂，叠合板在吊装过程中一直处于弹性阶段，吊装是安全的。

4结论

通过对所探讨的装配式叠合板吊运方案的有限元模拟分析，对比两种吊装方式的结果，得到叠合板采用钢桁架和钢梁吊装均能满足吊装要求，在实际工程中可考虑对此预制叠合板采用钢梁吊装，这样既满足吊装要求，又减轻整体吊装重量，降低经济成本。

参考文献

[1]洪志.叠合板脱模吊装分析[J].四川建材,2018,44(08):93-94.

[2]郑艺杰，张晋．装配整体式剪力墙结构构件吊装分析［J］．施工技术，2015，45(6):72－76．．

[3]邱凡平．ANSYS10.0有限元分析自学手册阿．北京人民邮电出版化，2007