目前, 国内外对于双T板已有一定的研究成果^[1,2]。抗震性能方面, Fleischman等^[3]对1994年受到美国北岭地震灾害影响的典型双T板停车楼结构进行了地震响应分析, 指出双T板的变形对结构的地震响应影响很大;Cao等^[4,5]对预制双T板之间连接件的平面内受拉及受剪切性能进行了研究, 并给出了改进连接件性能的建议。设计方面, 中国建筑科学研究院及同济大学土木工程学院的《预应力混凝土双T板》图集^[6]给出了双T板的具体设计构造;窦本良^[7]结合具体工程算例, 对双T板在工业厂房中的设计和施工问题进行了阐述。生产方面, 陆培瑜等^[8]详细地介绍了双T板的生产工艺;刘予宛^[9]提出了一种改进的台座胎模, 以解决双T板脱模时由于胎模表面与双T板肋梁产生较大摩擦力而易引起裂缝的问题。施工方面, 郭晓萍^[10]从施工管理的角度介绍了双T板的施工流程;周光毅等^[11]对双T板吊装工艺进行了介绍, 指出安装过程中双T板与墙板间隙较小而易引发磕碰的问题。

实际工程中发现, 双T板在生产、运输和吊装过程中经常出现开裂问题。根据现有文献, 虽然我国在双T板的设计、生产及施工等方面已取得了一些经验和成果, 但是其研究重心主要放在构件的力学性能或生产、设计及施工方法上, 而针对双T板生产、施工中的开裂问题仍缺少系统的研究。另一方面, 国内规范并未给出此类问题的整体解决方案, 这使得生产施工人员无据可寻, 构件常因开裂而需返厂加工, 其严重影响工程进度和工程质量。因此, 形成一套系统完整的双T板裂缝预防处理方法是当前亟待解决的重要问题。

某装配式停车楼采用全预制双T板-剪力墙结构体系, 宽度为103.975m, 长度为132.40m, 地上7层, 局部地下1层, 建筑高度为24.00m。其中, 双T板为主要水平承重构件, 双T板最大跨度为17.25m, 宽度为2.380m, 高度为0.700m。2根肋梁下侧共设置了10根^s15.2预应力钢绞线, 其抗拉强度为1 860k N/mm², 施加预应力时采用先张法施工, 如图1所示。

虽然双T板已经过承载力、抗裂及挠度验算, 且都满足结构设计与施工要求, 但是部分构件在生产、运输及吊装过程中, 仍然出现了裂缝。根据工程中的实际观察结果, 按照裂缝出现位置的不同, 可以将裂缝分为以下5类: (1) 肋梁端部微裂缝; (2) 翼缘板与肋梁结合部裂缝; (3) 肋梁侧面的斜裂缝; (4) 肋梁侧面平行于钢绞线方向的裂缝; (5) 翼缘板外侧开裂或破坏。

裂缝对于钢筋的防锈、混凝土的防碳化以及构件的抗渗都有不利影响, 为了从根源解决开裂问题, 有必要对工程中双T板裂缝的形成原因进行分析, 从而为之后制定解决方案提供理论指导。工程中, 在发现构件裂缝后, 参考《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》^[12], 对上述5类裂缝初步采取了多轮防裂措施, 根据对裂缝的实际控制效果, 并结合理论分析和有限元分析, 对各类裂缝的成因进行了系统归纳。裂缝成因的明确, 将有利于形成后续的针对性措施, 使得制定解决方案时达到对症下药的效果。

肋梁端部微裂缝是一种分布于肋梁端部正截面上的表面裂缝。混凝土配合比、和易性未达到要求, 施工过程中从双T板端部开始浇筑未充分搅拌的混凝土, 以及混凝土养护过程中升温、降温时间过短, 都可能造成肋梁端部微裂缝 (见图2) 。

对于混凝土制作方面, 由于本工程的双T板要达到清水效果, 需减少混凝土收缩裂缝, 因而要对水灰比加以控制, 即在满足和易性要求的前提下尽量减小水灰比。然而, 水灰比过小时, 胶体和晶体的材料不能充分形成, 从而导致混凝土和易性较差, 混凝土难以振捣密实, 混凝土充分硬化后未水化的水泥再遇水发生水化作用, 水化产物造成的膨胀应力作用便有可能造成混凝土的开裂。

对于施工过程方面, 浇筑混凝土时, 商品混凝土运输车在放料前未对罐体进行快速转动, 混凝土还未得到充分搅拌, 此时, 如果从双T板端部开始浇筑混凝土, 易使得端部混凝土砂浆过多、骨料过少, 混凝土蒸养过后容易在端部形成收缩裂缝。另一方面, 如果混凝土养护过程中升温与降温时间过短, 混凝土收缩过快, 则同样会引起端部混凝土的开裂。

翼缘板与肋梁结合部裂缝通常从翼缘板与肋梁结合部的翼缘板上表面或下表面开始, 沿构件纵向生长。这种裂缝主要是由脱模、运输以及吊装过程的荷载对翼缘板与肋梁结合部产生的应力集中引起的, 常规设计构造中翼缘板与肋梁结合部抗裂性能较差也是造成这种裂缝的一个主要原因。

双T板在脱模、运输以及吊装阶段, 构件会受到不同程度的荷载:在脱模过程中, 吊点的受力不均, 致使双T板产生扭转应力;在运输过程中, 由于双T板长度较大, 运输道路路况复杂, 使得运输中的4个支点受力不一致, 产生扭转应力;在吊装过程中, 由于本工程墙板为双层牛腿, 安装下层双T板时由于上部牛腿遮挡, 需要在水平方向行进穿板, 而双T板与墙板间缝隙过小 (仅为2.5cm) , 施工时易发生碰撞, 从而对构件造成冲击作用。这些荷载导致翼缘板与肋梁结合部发生应力集中现象, 因而易在该处附近的翼缘板上发生开裂。

常规设计构造中, 并未考虑翼缘板与肋梁结合部会在生产、施工过程中的荷载作用下产生应力集中的问题, 设计时翼缘板与肋梁均采用独立的钢筋网片, 之间并无可靠拉接, 因而翼缘板与肋梁结合部抗裂性能很差, 混凝土在该处易开裂。

肋梁侧面斜裂缝通常从梁端部下方斜向上生长, 生长至肋梁中心线高度的位置。这种裂缝主要由放张过程中钢绞线对端部混凝土产生的局部集中应力引起。

由于构件制作时采用先张法施加预应力, 在双T板放张前, 钢绞线的预应力由张拉台座承担。当双T板放张时, 钢绞线的巨大预应力瞬间作用于双T板本身, 形成了较大的局部冲击作用, 使得肋梁混凝土所获得的瞬时预压应力集中分布于肋梁端部钢绞线附近, 该预压应力传至肋梁中部时则逐渐变为均匀, 这种应力分布形式会造成混凝土主压应力方向在肋梁端部为斜向、且应力较为集中的现象 (见图3) , 此斜向主压应力会在其垂直方向产生拉应变, 从而在肋梁侧面引起斜裂缝。另一方面, 若钢绞线未对称放张, 则这一效应会进一步加剧。

肋梁侧面平行于钢绞线方向的裂缝通常从双T板的肋梁端处产生, 纵向延长几厘米至几十厘米不等。该裂缝主要由钢绞线在肋梁端部的黏结滑移造成。

双T板中的先张法预应力建立在钢绞线和混凝土的黏结作用基础上。钢绞线上的预拉力向混凝土传递时, 在肋梁端部的黏结应力较大, 再加上放张时钢绞线对混凝土的局部冲击作用, 可能会导致肋梁端部产生滑移, 致使钢绞线外侧混凝土沿着钢绞线的方向产生裂缝。另一方面, 肋梁端部脱模过程中, 其受到很大的拉力, 同时增加了端部钢绞线传力的负担, 因而其亦为该类裂缝的产生原因之一。

需要指出的是, 虽然本工程中出现了此类裂缝, 但其皆为轻微裂缝, 对钢绞线的密封性及黏结力基本没有造成影响。

翼缘板外侧开裂或破坏 (见图4) 会严重影响构件受力性能。此处的开裂往往是脱模时脱模力过大和起吊过程中的碰撞造成的。

由于双T板翼缘板较薄, 加之混凝土抗拉能力弱, 如果脱模剂涂刷不到位 (如边角处未得到有效涂刷) , 易造成局部脱模力过大而导致翼缘板开裂。另外, 起吊时, 双T板边角处易受到磕碰, 从而引起翼缘板外侧开裂。

本工程采用预防为主、处理为辅的理念, 通过减少引起构件开裂的不利条件、提高预制构件抗裂性能、处理仍然存在的预制构件裂缝, 来最大程度地减小开裂问题对构件性能的影响。工程项目中, 通过采取系统的裂缝整体解决方案, 成功地将构件裂缝发生率控制在可以接受的范围内。

具体措施涉及构件生产施工的设计阶段、生产阶段、运输阶段和吊装阶段。

设计阶段中, 应在双T板翼缘板与肋梁结合部加设构造钢筋, 以提高该位置抗裂能力。

1) 优化混凝土配合比, 合理选用添加剂, 以保证混凝土和易性。

2) 钢绞线张拉完毕后, 将钢绞线在肋梁端部位置的1 500mm范围以内均匀涂抹黄油 (或套PVC管) , 以减小钢绞线放张时的冲击作用在肋梁端部产生的集中应力, 从而避免放张时钢绞线冲击作用引起的肋梁侧面斜裂缝;同时也可以减小钢绞线在肋梁端部的传力, 进而减小该力引起混凝土膨胀的应力分量, 从而避免钢绞线在肋梁端部因黏结滑移而产生裂缝。

3) 混凝土从双T板跨中1/3处开始向两侧浇筑, 以减少由于初始未搅拌均匀的混凝土造成的端部收缩裂缝。

4) 钢绞线放张时, 混凝土强度至少达到设计强度的75%, 放张顺序应采用对称方式, 先放张两肋中层的钢绞线, 再放张上下层钢绞线, 要在两肋间交叉放张, 每次1根。

5) 脱膜时, 需在翼缘边角处涂刷脱模剂, 以防止脱膜力过大而对翼缘边角处造成损伤。

6) 增加蒸养时间, 延缓升温与降温的过程, 减少混凝土收缩裂缝。

可在运输车辆中加设铅芯阻尼橡胶支座隔振器, 并采用专用减振搁置支架来支撑构件, 从而减小车辆颠簸对构件的影响。

1) 起吊时须保证构件平稳、受力均衡, 避免翼缘板边缘发生碰撞。

2) 由于工程中需要水平方向行进穿板才能将双T板安装到正确的位置, 为了避免其与墙板因距离过近而发生碰撞, 需要在双T板行进过程中增加调控措施, 最简单的方法就是在双T板两侧各安排1人用撬棍进行细部调整。为增加施工效率, 吊装时先将2块或3块双T板连接起来, 然后作为一个整体单元进行吊装作业。

实际工程中, 上述措施取得了很好的防开裂效果。但是个别构件可能仍然存在裂缝。

对于表面裂缝 (裂缝深度不大于0.1倍构件厚度) 和浅层裂缝 (裂缝深度不大于0.5倍构件厚度) , 由于其对构件的力学性能影响较小, 可采用表面修补处理方法进行裂缝处理, 即沿裂缝附近用钢丝刷刷干净, 再用压力水清洗并湿润, 然后用1∶ (1~2) 水泥砂浆抹平, 或在表面刷干净并干燥后涂抹2~3mm厚的环氧树脂水泥^[13,14]。

对于纵深裂缝 (裂缝深度大于0.5倍构件厚度) 或贯穿裂缝 (裂缝深度等于构件厚度) , 需对其进行健康监测, 如果构件内部损伤较小, 则采用灌水泥浆或化学浆进行处理;如果构件内部损伤较大, 须禁止使用该构件, 令其重新加工。

本文结合某装配式停车楼项目, 对大型预制预应力双T板裂缝的成因进行了分析, 并针对不同的成因提出了相应的解决措施。

1) 工程中出现的裂缝按位置的不同, 可以分为5类:肋梁端部微裂缝、翼缘板与肋梁连接处裂缝、肋梁侧面斜裂缝、肋梁侧面平行于钢绞线方向的裂缝、翼缘板外侧开裂或破坏。其中, 肋梁与翼缘板间的常规设计构造抗裂性能差, 混凝土制作养护、局部应力集中、脱模力、预应力钢绞线的黏结滑移和构件磕碰为预制构件开裂的主要因素。

2) 根据不同裂缝的成因, 主要采用预防为主、处理为辅的理念, 提出了整体解决方案。主要预防措施包括:肋梁与翼缘板增设构造钢筋的设计措施, 先进的防开裂生产、吊装工艺, 以及减隔振运输措施等。

3) 对于已有表面裂缝或浅层裂缝的构件, 可采用涂抹水泥浆或环氧树脂水泥的表面修补处理方法;对于有纵深裂缝或贯穿裂缝的构件, 内部损伤较小的可采用灌水泥浆或化学浆的方法进行处理, 而对于内部损伤较大的构件, 须禁止其使用, 令其重新加工。

4) 本文仅对双T板在生产施工阶段的裂缝问题进行了研究, 而对于双T板在使用阶段是否会产生裂缝以及相应的处理方法还有待进一步研究。