本发明属于结构领域，特别是一种预约束块材叠合板及节点及计算方法和施工方法。
背景技术：
1、在建设工程中，结构板是建筑结构的重要组成部分。结构板经常采用钢筋混凝土板，为混凝土与钢筋组成。这需要用到大量的石、砂、水泥材料。据统计，我国建设用石占混凝土质量近1/2，其使用遍及建筑、交通和铁路等众多行业。据测算，现全国每年仅建设用石量约为40多亿吨，是消耗自然资源最大的材料。目前合乎钢筋混凝土结构所要求的天然砂石已经难以满足工程需要，在实际工程中大量使用机制砂和机制石，通常采用振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备对天然石进行加工，把天然石块粉碎成小粒径石子或砂。在这个过程需要消耗较高的电力、运输、人工，而且产生许多粉尘。这对我们资源和环境带来较大的压力。如何在结构板中减少水泥、小粒径砂、石的应用，对我国工程建设和节能环保有着重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种预约束块材叠合板及节点及计算方法和施工方法，解决了结构板中使用过多水泥、小粒径砂、石的问题，并解决了块材与钢筋与预制混凝土协同受力的问题。本发明通过结构板内置预约束块材，有效减少水泥、小粒径砂、石用量，减少水化热、减少粉尘；通过约束笼提升块材和预制混凝土的连接和受力，实现板的力学性能。本技术具有性能可靠、构造简单、施工快捷、绿色环保等优势。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
3、一种预约束块材叠合板，包括预约束块材预制板、板现浇混凝土、现浇层钢筋；预约束块材预制板包括预约束块材、预制混凝土和预制层钢筋；预约束块材包括块材和约束笼；约束笼包括笼架和约束笼孔洞；预约束块材在现浇层钢筋和预制层钢筋之间；预约束块材预制板在下部，上方铺设现浇层钢筋；板现浇混凝土覆盖现浇层钢筋和预约束块材预制板。
4、优选的，块材内置在约束笼；预制混凝土和板现浇混凝土填充预约束块材内的间隙；预制混凝土和板现浇混凝土填充预约束块材和预制层钢筋和现浇层钢筋之间的间隙；约束笼孔洞处有预制混凝土或板现浇混凝土，使约束笼内的预制混凝土和约束笼外的预制混凝土连接为一体，使约束笼内的板现浇混凝土和约束笼外的板现浇混凝土连接为一体；约束笼在端部封闭；约束笼孔洞的尺寸小于该处块材的尺寸；笼架包括侧壁架和端部封闭件；端部封闭件为侧壁架延伸形成或为专用的端部封闭件；专用的端部封闭件与侧壁架连接为一体；块材距离预制混凝土的端部有一定距离。
5、优选的，约束笼为约束筋笼或网格笼；约束筋笼的笼架由约束筋组成；约束筋为钢筋或钢丝或frp筋；网格笼的笼架由金属网或带孔洞的钢板组成。
6、优选的，预约束块材露出预制混凝土的上表面；块材距离预约束块材预制板下表面的距离不小于板高的10％；预制层钢筋伸出预制混凝土。
7、优选的，笼架有多个子空间；子空间相互独立，内放置有块材。
8、优选的，预约束块材沿着板的主受力方向布置；约束笼为水平放置。
9、优选的，预制层钢筋包括非预应力钢筋和预应力钢筋；预应力钢筋位于预约束块材之间，被预制混凝土包裹。
10、优选的，预约束块材叠合板有钢筋桁架；钢筋桁架与预约束块材平行布置，钢筋桁架露出预制混凝土的上表面。
11、优选的，一种墙板节点，预约束块材叠合板与墙固定连接；墙为钢筋混凝土墙、钢骨混凝土墙或多腔钢管混凝土墙或双钢板混凝土剪力墙；钢筋混凝土墙有墙竖向钢筋、墙水平钢筋和墙混凝土；墙水平钢筋沿着墙竖向间隔设置；预制层钢筋和/或现浇层钢筋伸入钢筋混凝土墙中，位于墙竖向钢筋和墙水平钢筋的间隙，被墙混凝土包裹；钢骨混凝土墙有墙竖向钢筋、墙水平钢筋、墙钢骨和墙混凝土；预制层钢筋和/或现浇层钢筋伸入钢骨混凝土墙中，位于墙竖向钢筋、墙水平钢筋、墙钢骨的间隙，被墙混凝土包裹；多腔钢管混凝土墙或双钢板混凝土剪力墙的钢板与预制层钢筋和/或现浇层钢筋焊接，或者预制层钢筋和/或现浇层钢筋插入钢板上开设的洞口。
12、优选的，一种梁板节点，预约束块材叠合板与钢筋混凝土梁固定连接，形成梁板节点区；钢筋混凝土梁有梁纵向钢筋、梁横向钢筋和梁混凝土；梁横向钢筋沿着梁纵向间隔设置；预制层钢筋和/或现浇层钢筋伸入钢筋混凝土梁中，位于梁横向钢筋和梁纵向钢筋的间隙，被梁混凝土包裹。
13、优选的，一种预约束块材叠合板的抗弯承载力验算方法，具体步骤如下：
14、步骤1，确定块材几何尺寸、强度及在约束笼中的布置；确定约束笼的布置；确定预约束块材叠合板的横截面面积，确定块材横截面面积；确定板钢筋的间距、横截面尺寸、强度参数；确定块材混凝土的强度参数；块材混凝土是板混凝土与块材形成的混合物，或板混凝土与块材和约束笼形成的混合物。
15、步骤2，可按照下式进行验算或按照现有设计规范进行详细计算：
16、预约束块材叠合板的正截面受弯承载力应符合下列规定：
17、
18、预约束块材叠合板的受压区高度应按下式确定：
19、α1f′cbx＝fyas+f′ya′s
20、预约束块材叠合板的受压区高度尚应符合下列条件：
21、x≤ξbh0
22、x≥2a′s
23、式中：m——预约束块材叠合板弯矩设计值；
24、λ——预约束块材叠合板抗弯承载力影响系数，λ取0.55～1.0；
25、α1——系数。当块材混凝土强度等级不超过c50时，α1取为1.0，当块材混凝土强度等级为c80时，α1取为0.94，其间按线性内插法确定；
26、f′c——块材混凝土的抗压强度设计值；
27、as、a′s——受拉区、受压区纵向钢筋截面面积；
28、b——矩形截面的宽度，t形截面或i形截面的腹板宽度；
29、h0——截面的有效高度；
30、a′s——受压区纵向钢筋合理点，至截面受压边缘的距离。
31、公式中的强度参数按照现有国家标准取值或通过实验取值，几何参数按照实际尺寸或名义尺寸取值，重复步骤1～步骤2，预约束块材叠合板的内力和变形计算完毕，将抗弯承载力与结构依据实际工况荷载计算所得的最大弯矩进行对比，大于最大弯矩即可。
32、优选的，一种预约束块材叠合板的施工方法，施工步骤如下：
33、步骤一、制作预约束块材预制板；准备现浇层钢筋；加工现浇层钢筋至预定长度和形状；板现浇混凝土的原材料；把板现浇混凝土的原材料搅拌为一体，形成板现浇混凝土；
34、步骤a、准备预制层钢筋、约束筋、块材的原材料、预制混凝土的原材料；把预制混凝土的原材料搅拌为一体，形成预制混凝土；加工板预制层钢筋至预定长度和形状；
35、步骤b、加工约束筋至预定长度和形状，加工为约束笼；把块材原料分割为预定大小的块材；去除块材表面浮尘，并按粒径对块材进行分类；把块材放入约束笼，形成预约束块材；
36、步骤c、支设板模板；
37、步骤d、绑扎预制层钢筋为预制层钢筋网；
38、步骤e、把预约束块材放置在预制层钢筋网的上方；
39、步骤f、浇筑预制混凝土进入板模板，使预约束块材、预制层钢筋和预制混凝土混合为整体，预制混凝土包裹预制层钢筋；
40、步骤g、养护预制混凝土到预定强度，使预约束块材、预制混凝土和预制层钢筋形成整体。
41、步骤二、现场支设楼板支撑；铺设预约束块材预制板；
42、步骤三、现场铺设现浇层钢筋，浇筑板现浇混凝土；
43、步骤四、养护板现浇混凝土至预定强度。
44、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
45、1、通过对板的块材进行预约束，有效降低块材的接触面积，使得预制混凝土充分填充块材之间空隙，与预约束块材形成预约束块材预制板，有效减少质量缺陷，提升施工质量，确保结构安全。
46、2、通过板内约束笼以及控制块材的接触面积，提高块材与预制混凝土结合的强度和延性。
47、3、通过板内块材设置，减少水泥的用量，减少砂石用量，施工过程中减低大体积板的水化热，节能减排。
48、4、板的预约束笼和块材可全部或部分进行预加工，施工效率高，工期短。
1.一种预约束块材叠合板，其特征在于：所述预约束块材叠合板包括预约束块材预制板(a)、板现浇混凝土(11)、现浇层钢筋(10)；所述预约束块材预制板(a)包括预约束块材(9)、预制混凝土(3)和预制层钢筋(5)；所述预约束块材(9)包括块材(1)和约束笼(2)；所述约束笼(2)包括笼架(2.1)和约束笼孔洞(2.2)；所述预约束块材(9)在现浇层钢筋(10)和预制层钢筋(5)之间；所述预约束块材预制板(a)在下部，上方铺设现浇层钢筋(10)；板现浇混凝土(11)覆盖现浇层钢筋(10)和预约束块材预制板(a)。
2.根据权利要求1所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述块材(1)内置在约束笼(2)；所述预制混凝土(3)和板现浇混凝土(11)填充预约束块材(9)内的间隙；预制混凝土(3)和板现浇混凝土(11)填充预约束块材(9)和预制层钢筋(5)和现浇层钢筋(10)之间的间隙；所述约束笼孔洞(2.2)处有预制混凝土(3)或板现浇混凝土(11)，使约束笼(2)内的预制混凝土(3)和约束笼(2)外的预制混凝土(3)连接为一体，使约束笼(2)内的板现浇混凝土(11)和约束笼(2)外的板现浇混凝土(11)连接为一体；所述约束笼(2)在端部封闭；所述约束笼孔洞(2.2)的尺寸小于该处块材(1)的尺寸；所述笼架(2.1)包括侧壁架(2.1.1)和端部封闭件(2.1.2)；所述端部封闭件(2.1.2)为侧壁架(2.1.1)延伸形成或为专用的端部封闭件(2.1.2)；所述专用的端部封闭件(2.1.2)与所述侧壁架(2.1.1)连接为一体；所述块材(1)距离预制混凝土(3)的端部有一定距离。
3.根据权利要求1所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述约束笼(2)为约束筋笼或网格笼；所述约束筋笼的笼架(2.1)由约束筋(4)组成；所述约束筋(4)为钢筋或钢丝或frp筋；所述网格笼的笼架(2.1)由金属网或带孔洞的钢板组成。
4.根据权利要求1所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述预约束块材(9)露出预制混凝土(3)的上表面；所述块材(1)距离预约束块材预制板(a)下表面的距离不小于板高的10％；所述预制层钢筋(5)伸出预制混凝土(3)。
5.根据权利要求2所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述笼架(2.1)有多个子空间；所述子空间相互独立，内放置有块材(1)。
6.根据权利要求1所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述预约束块材(9)沿着板的主受力方向布置；所述约束笼(2)为水平放置。
7.根据权利要求1所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述预制层钢筋(5)包括非预应力钢筋和预应力钢筋；所述预应力钢筋位于预约束块材(9)之间，被预制混凝土(3)包裹。
8.根据权利要求1所述的预约束块材叠合板，其特征在于：所述预约束块材叠合板有钢筋桁架(12)；所述钢筋桁架(12)与预约束块材(9)平行布置，钢筋桁架(12)露出预制混凝土(3)的上表面。
9.一种墙板节点，其特征在于：权利要求1-8中任意一项所述的预约束块材叠合板与墙(c)固定连接；所述墙(c)为钢筋混凝土墙、钢骨混凝土墙或多腔钢管混凝土墙或双钢板混凝土剪力墙；所述钢筋混凝土墙有墙竖向钢筋、墙水平钢筋和墙混凝土；所述墙水平钢筋沿着墙竖向间隔设置；所述预制层钢筋(5)和/或现浇层钢筋(10)伸入钢筋混凝土墙中，位于墙竖向钢筋和墙水平钢筋的间隙，被墙混凝土包裹；所述钢骨混凝土墙有墙竖向钢筋、墙水平钢筋、墙钢骨和墙混凝土；所述预制层钢筋(5)和/或现浇层钢筋(10)伸入钢骨混凝土墙中，位于墙竖向钢筋、墙水平钢筋、墙钢骨的间隙，被墙混凝土包裹；所述多腔钢管混凝土墙或双钢板混凝土剪力墙的钢板与预制层钢筋(5)和/或现浇层钢筋(10)焊接，或者预制层钢筋(5)和/或现浇层钢筋(10)插入钢板上开设的洞口。
10.一种梁板节点，其特征在于：权利要求1-8中任意一项所述的预约束块材叠合板与钢筋混凝土梁(b)固定连接，形成梁板节点区；所述钢筋混凝土梁(b)有梁纵向钢筋、梁横向钢筋和梁混凝土；所述梁横向钢筋沿着梁纵向间隔设置；所述预制层钢筋(5)和/或现浇层钢筋(10)伸入钢筋混凝土梁(b)中，位于梁横向钢筋和梁纵向钢筋的间隙，被梁混凝土包裹。
11.根据权利要求1至8任意一项所述的预约束块材叠合板的抗弯承载力验算方法，其特征在于，具体步骤如下：
12.根据权利要求1-8中任意一项所述的预约束块材叠合板的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
