19南建林-新型预应力混凝土双T板的研制.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 新型预应力混凝土双T板的研制 南建林 徐传衡 马生男 （中国建筑科学研究院上海建科结构新技术工程有限公司） （苏州海亚新型建材有限公司） 摘 要 本文介绍了国内外预应力混凝土双T板的发展和变革，分析了预应力双T板在技术和经济方面的独特优越性，并重点阐述了新型预应力混凝土双T板的特点和生产工艺。内容可供生产和设计单位参考。 关键词 预应力混凝土 双T板 预制 大跨度 1 概述 1.1 背景资料 国际上的预制标准构件种类很多，其中用途广、经济性好的构件最主要的有预应力多孔板和双T板两种，广泛应用于各类房屋的楼盖与屋盖。双T板是一种板梁结合的预制钢筋混凝土承载构件，由宽大的面板和两根窄而高的肋组成。其面板既是横向承重结构，又是受弯纵肋的受压区。由于受压区截面较大，中和轴接近或进入面板，受拉钢筋力臂较大，因此双T板具有良好的结构力学性能，明确的传力层次，简洁的几何形状，是一种可制成大跨度、大覆盖面积的比较经济的承重构件。20世纪50年代后期，双T板在各国发展非常迅速，60年代在美国得到普遍采用，成为建造单层多跨工业厂房和多层公共、民用建筑的常用建筑构件。加拿大、联邦德国﹑芬兰﹑英国﹑日本﹑波兰﹑罗马尼亚等国也都先后采用双T板，联邦德国制作双T板的成套专用设备非常完善。中国自1958年开始研制和生产用于工厂屋面和楼盖的预应力双T板，但后来应用逐渐萎缩，直到近几年随着国产材料技术的进步，人们逐渐重新认识到预制混凝土构件的优越性，采用高强低松弛钢绞线的预应力混凝土双T板得到迅速普及和推广，目前天津市和江苏省已经发行了标准图集，国家的新版标准图集也正处于编制中。 用折线配筋先张法生产的双T与单T板是50年代初期从美国开发出来大跨楼（屋）盖构件，双T板常用跨度为10～25m，单T板近年已少用。双T板最初的截面宽仅1.22m，肋高0.46m，随着生产技术和混凝土强度的提高，截面逐步加宽加高，以提高经济效率，到90年代，最大截面加宽到3.66m，肋高加大到0.80m。。 1.2 大跨度预应力双T板的优势和新型双T板的特点 1.2.1 结构性能好，成本低廉 双T 板是一种体型简单、通用性强、便于工业化生产的构件，为适应工业建筑纵向6m的常规柱距，本课题所研制的双T板宽度由各地标准图中的2.4m增加到3.0m，板的布置变得更加简单、美观、合理，而且避免了板块与单体纵向尺寸不符而需要进行的切割。由于采用工厂制作，只要控制生产工艺达到标准，则质量很容易保证。同时随着板宽的增加，由于工、料、搬运、安装等费用的节约，双T板的造价可以大幅下降。目前一般单层厂房如果采用预应力双T板作为屋面板，其综合造价已经与轻钢结构持平，多层厂房造价明显低于钢结构厂房，但其抗腐蚀性、耐久性、防火性能等方面具有明显的优势，后期的维护远远低于钢结构厂房。 1.2.2 采用了高效预应力技术 新型的双T板的预应力筋普遍采用了高强钢绞线，混凝土强度等级提高到C40，高强钢绞线的材质稳定，施工工艺简单，省工，省料、省时、产品质量好，如果采用轻质混凝土还可以大大减小构件自重，从而明显改善了构件的性能、质量和外观，其经济效果也是明显的，可以大幅度节约钢材，减少了人工费用，提高了功效，符合我国建设节约型社会的国策。 1.2.3 整体性好 新型的预应力混凝土双T板技术具有分块制作、整体受力的特点，最终板的受力为多跨连续板，克服了一般预制构件整体性差的缺陷，尤其对于双T板，避免了单块板悬挑翼缘受力差、质量难以保证的重大缺陷，具有优异的受力性能。 1.2.4应用范围很广，继续开发潜力大 在单层﹑多层和高层建筑中,双T板可以直接搁置在框架﹑梁或承重墙上，作为楼层或屋盖结构。在单层工业厂房中，双T板用做屋面板,可横向搁置于托梁或承重墙上,也可纵向搁置于屋架梁上。因双T板适用于较大跨度，厂房可选用较大的跨度或柱网，以取得较好的技术经济效果。双 T板还可以竖直安装在带形基础上作为墙板使用，此时肋部作为柱，面板和附着于其上的保温层作为围护结构。如果同时采用双 T板作墙板﹑屋盖和楼层构件，则所用的各种双T板应取相同的板宽及肋距,以便彼此联结和支承。这种全部采用双T板的建筑，其预制构件的类型和数量可减少，建筑自重减轻，施工周期缩短，取得较好技术经济效果。 1.2.5截面型式比较灵活 双T板屋盖有等截面和双坡变截面两种,前者也可用于墙板。预应力双T板跨度可达20米以上,如用高强轻质混凝土则可达30米以上。双T板的板面宽度常取1.2～3米，肋距一般为板面宽之半，肋底宽不小于10厘米，等截面的肋高约0.5～1.5米，变截面的跨中肋高约0.5～1.5米。 2 新型预应力双T板的生产工艺 在工厂中预制预应力双T板，常用60～150米的长线台座和先张法生产。基本台座可用钢模或混凝土胎模，其肋宽、肋高、板以及板的悬挑部分常做成可调节变更的。混凝土的浇筑、振实以及压光可采用专用的行模机。构件的养护可用蒸汽循环加热，利用同一个台座和模板可以生产不同跨度、不同尺寸的预应力或非预应力双T板，也可改为生产槽板，或将台座纵向隔开，改为生产单T板，可一模多用，比较灵活。 2.1 材料选用 2.1.1 钢筋 预应力筋选用符合国家标准的1860级低松弛预应力钢绞线，其性能满足GB/T5224-2003的有关规定，普通钢筋采用焊接钢筋网片，网片由冷轧带肋钢筋CRB550制作，也可以采用冷拔光面钢筋CPB550，钢筋直径5mm，其性能满足JGJ95-2003（冷轧带肋钢筋）或JGJ19-92（冷拔光面钢筋）的有关规定，同时应当满足JGJ114-2003的有关规定。钢筋的规格见表1。吊钩采用HPB235钢筋，不得经过冷加工；预埋钢板采用Q235钢；纵肋内钢筋网底部增配的钢筋为HPB335热轧粗钢筋。 表1 预应力双T板受力钢筋参数 规 格 强度标准值 fptk N/mm2 fstk N/mm2 强度设计值 fy N/mm2 fy N/mm2 截面面积 mm2 理论重量 kg/m 弹性模量 Es N/mm2 φj15 1860 1320 140 1.09 1.95105 CRB550,φR5 550 360 19.6 0.154 1.9105 CPB550,φcp5 550 360 19.6 0.154 2.0105 2.1.2 混凝土 混凝土强度等级C40。 2.2荷载条件 构件根据标准图集有关参数选用，用作屋面的双T板设计按照均布荷载考虑，其荷载取值如下板自重1.0 kN/m2，屋面找平防水1.25 kN/m2，吊重0.5 kN/m2，活荷载按照规范取值。 2.3 设计主要控制准则 结构安全等级为二级，结构抗裂控制等级为二级，正常使用极限状态下不允许开裂。 2.4 生产工艺 2.4.1 钢绞线间距 钢绞线在构件中的布置，根据GB50010-2002第9.6条规定钢绞线相邻间距不小于25mm及公称直径的1.5倍，钢绞线水平和上下排间距（中至中）取40mm，保护层（中到边）不小于40mm 。 2.4.2 钢绞线放张及脱模时间的控制 钢绞线的放张和脱模时间主要根据混凝土强度增长情况确定，每次浇筑混凝土时，要预留三组以上试块（表2），其中一组标准养护，用于测定28天强度，其余试块应当与构件同条件养护，用于测定放张前混凝土强度。预应力筋放张时，混凝土强度不得小于设计强度的90，即36MPa。 表2 混凝土试块制作表 尺寸（mm） 组数 每组试块数（块） 养护条件 试验 时间 用途 100100100 1 3 标准养护室养护 28d 测定混凝土标准强度 1 同条件蒸汽养护 测定放张时混凝土强度 1 备用 2.4.3 张拉台座 采用长线台座法胎模生产方案，可采用墩式、插板式、或承插式台座。当采用台座时，台座的各部件应符合下列要求，其它型式台座可参考相应的要求 1）台座的承力台墩必须具有足够的强度和刚度，并应满足抗倾覆的要求； 2）台座横梁受力后的挠度应控制在2mm以内，并不得产生翘曲； 3）钢丝锚固板的挠度应控制在1mm以内。 台座长度以100m左右为宜，但不宜小于50m；台座表面应光滑平整，平整度用2m靠尺检查，不得超过3mm；横向应做成5‰的排水坡度。 2.4.4 胎模制作 胎模质量的好坏是双T 板生产的关键之一，尤其是肋边是否平直光滑，肋角的弧度是否够大以及两肋的轴线是否平行，对构件的脱模具有决定性影响。为了便于双T 板脱模，胎模施工完毕后先用磨光机和磨石将胎模表面磨光，第一次生产时采用黄油均匀涂刷胎模表面，经晒干后再用脱模剂涂刷一次，以后每次生产均最好采用专用脱模剂涂刷。 2.4.5 钢筋网片安装 双T 板肋中构造钢筋网片是由Φ5冷轧带肋钢筋或冷拔低碳钢筋制作的点焊网片。网片安装后，必须采取可靠措施与模板固定，包括上下位置和水平位置，防止浇筑混凝土时偏位或上浮。悬臂板上的网片筋安装，可待板肋浇筑完毕及板面混凝土铺平后安放，然后用平板振动器振捣时嵌入板面下15mm，可保证钢筋位置正确。 对先张长线法生产有端横肋的预应力混凝土双T肋形板，应在设计和制作上采取防止放张预应力时端横肋产生裂缝的有效措施肋端垂直于肋梁设置钢筋网片防止粘结锚固区肋梁的劈裂应力，对分散布置的多根预应力钢筋，在构件端部10dd为预应力钢筋的公称直径范围内应设置3-5片与预应力钢筋垂直的钢筋网。为便于施工，本双T板采用预埋支座钢板锚筋兼作防劈裂钢筋网片。 考虑到粘结锚固区预应力筋应力较低，但双T板长度较大，端部容易由于温度变形等作用产生沿纵向的拉力，为避免端部出现横向裂缝，并保证端部预应力的应力较低区域的承载力，在纵肋的最下端布置一根钢筋采用热轧HRB335粗钢筋，根据不同跨度，粗钢筋直径有16mm、18mm和20mm三种。 2.4.5 混凝土浇筑与养护 混凝土搅拌后运到浇灌地点。混凝土强度等级为C40，粗骨料采用10～20mm。 浇筑方法是在肋浇筑之后，停0.5h 再浇筑板面混凝土，这是因为考虑到板面薄，混凝土强度大、温度高、随着水分急剧蒸发会引起混凝土收缩，同时肋的混凝土在重力作用下的沉降，受到硬胎模的约束会造成板面转角处的沉缩裂缝。板面混凝土浇筑完毕立即用湿麻布遮盖，待终凝后及时进行蒸汽养护，这是保证板面及板肋转角处收缩裂缝的有效措施。 2.4.6 预应力筋张拉 张拉设备应根据预应力筋根数选用相应吨位的千斤顶，如选用20吨小型千斤顶单根张拉，应考虑混凝土弹性压缩损失的影响，为提高张拉效率，最好选用行程较大的千斤顶，张拉油泵采用ZB4-500型。 张拉控制应力采用0.75fptk，即σcon＝1395N/mm2 2.4.7 预应力筋放张 预应力筋放张，待混凝土达到设计强度的100后方可进行。混凝土试件要与构件同条件养护，才能真实反映混凝土强度。放张方法是从台座中部开始，为避免构件端部钢绞线的粘结性能，应采用缓慢放张工艺。 2.4.8 构件脱模起吊 该工程的双T 板及大型屋面板的面积大、板面薄，板面在台座上的吸力大，且预应力筋放张后，钢筋回缩、端部混凝土承受法向应力而挤紧胎模。起吊时应保证构件脱模时不受拉开裂，起吊采用30t 门式起重机，吊装绳索与板的夹角不宜小于45，且在起模时四个吊点受力要基本一致后同步上升，四角吊点高差控制在30mm 以内，构件脱模起吊时不得出现卡模和损裂现象。 2.4.9 预制板的堆放和运输 为防止堆放及运输过程中预制板产生裂缝，应注意保证其板面向上，重叠码放时，应在肋梁下设置单独的垫木；放置垫木的位置应紧靠吊钩位置，码放高度不应超过4层，运输过程中不应超过3层，双T板一般每米重约0.6～0.9吨，其运输和吊装可选用适宜的平板拖车和吊车。 2.5 型式检验 根据国家规范GB502042002混凝土结构工程施工质量验收规范及预制混凝土构件质量检验评定标准（GBJ321-90的要求，标准预制构件应进行结构性能检验，具体包括承载力检验，抗裂检验和挠度检验，三项检验全部合格后可以判构件结构性能检验合格。 构件承载力应符合 γou≥γo[γu] 式中， γou构件的承载力检验系数实测值，即试件的荷载实测值与荷载设计值（均包括构件自重）的比值； γo结构重要性系数，按设计要求确定，当无专门要求时取1.0； [γu] 构件的承载力检验系数允许值，按表3取用。 表3 构件的承载力检验系数允许值 破坏检验标志 编号 达到承载能力极限状态的检验标志 [γu] 1 受拉主筋处的最大裂缝宽度达到1.5mm，或挠度达到跨度的1/50 1.35 2 受压区混凝土破坏 1.45 3 受拉主筋拉断 1.50 4 腹部斜裂缝达到1.5mm,或斜裂缝末端受城市混凝土 剪压破坏 1.40 5 沿斜截面混凝土斜压破坏,受拉主筋在端部滑脱或其 他锚固破坏 1.55 构件在荷载标准组合值下，其抗裂检验系数和实测挠度分别应满足 γcr≥[γcr] as≤[as] 对研制的预应力双T板型式检验表明，构件破坏为延性破坏，构件的承载力检验系数实测值γou＞1.55后未出现斜压破坏和受拉主筋端部滑脱现象，构件的抗裂和挠度检验全部满足规范要求。 3 预制板的安装 3.1 双T板的就位 预制双T板安装就位时，应平稳放置与预先浇筑的混凝土梁上，梁上应设置预埋件与肋梁的埋件焊接，焊缝长度不小于80mm，焊脚高度不小于6mm。 3.2 双T板的横向连接 预制双T板安装就位后，首先焊接横肋内钢筋，采用单面焊10d，然后将相邻板接缝处钢筋弯180度相互搭接，并在板缝内设置2根φ10的贯通钢筋，保证钢筋连接效果。接缝处支设模板完毕后，用细石混凝土浇筑，待混凝土强度达到设计标号的75％以后，拆除接缝处模板，最后进行板面的找平和防水施工。 4 关于预应力预制构件发展的思考 从预应力双T板近年来在国内迅速的普及可以看到，合理地设计采用预制构件的装配式结构，在工期、施工环境、质量、成本等方面有很多优越性，今后随着认识水平的提高和配套规范的实施，一定会有美好的前景。作为设计人员，应当认识到预制装配式房屋结构有独特的设计建造原则，有它自身的规律性和特点，必须采用与现浇混凝土房屋结构不同的设计建造的原则。很多人往往将整体现浇理解为唯一的混凝土结构形式，而将预制装配式混凝土理解为“现浇”的替代产品，从而要求预制构件同样满足现浇结构的构造做法。这种观点导致的结果是不仅设计质量差，还会给施工带来麻烦和困难。事实上，预制与现浇结构体系各有自身的特点，会或多或少地影响结构的平面布置、层高、稳定性和静力体系等等。当然，预制预应力房屋不一定全用预制，也可以用现浇混凝土作为梁、板、柱连续的接头或作为现浇面以减轻预制构件运输安装时的自重，这种预制与现浇相结合的所谓“半装配式”结构兼有预制与现浇两者的优点，基本上排除了两者的弱点，避免了预制构件连结的困难，因而近几年得到相当广泛的应用。 和国外发达国家相比，我国预制预应力混凝土结构之所以衰退的原因主要还是技术上的，首先是构件跨度太小，形式陈旧，不能发挥预应力混凝土的优势，其次是缺乏对装配式房屋结构的系统研究和认识。例如大板多层和高层公寓建筑，就由于开间太小，承重墙过多，加之预制构件连结困难，用钢量太大，缺乏经济竞争力而受到淘汰。预应力双T板的普及和大梁应用表明，我国预制混凝土领域只要进行技术革新，采用新技术就大有发展前途。 参 考 文 献 [1] 杜拱辰，我国预应力混凝土结构当前面临的问题和对策，建筑技术开发2001.5 [2] 天津市港建建筑设计有限责任公司，螺旋肋钢丝预应力混凝土双T板05SG401，DBJT29-151-2005