引    言

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板（下文簡(jiǎn)稱“雙T板”）是一種先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由受壓翼緣和兩排腹板組成，因其橫截面呈兩個(gè)“T”形而得名，如圖4所示。雙T板一般采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋和高強(qiáng)混凝土，其橫截面受力合理，自重輕，承載力大，可以廣泛應(yīng)用于大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)中。雙T板是美國(guó)人HarryEdwards于1952年設(shè)計(jì)成型的，當(dāng)時(shí)的雙T板翼緣寬為2.4m，跨度大約15m。經(jīng)過(guò)近60多年的發(fā)展，如今的雙T板翼緣寬度可達(dá)4.5m，跨度可達(dá)40m。

美國(guó)是雙T板應(yīng)用最為廣泛的國(guó)家，特別是在裝配式車(chē)庫(kù)中采用雙T板樓蓋已成為流行，而且雙T板還被用作外墻板。我國(guó)雙T板的研究與應(yīng)用起步于上世紀(jì)60年代，主要用于小跨度工業(yè)廠房的屋（樓）蓋中。從上世紀(jì)90年代，黑龍江大慶地區(qū)率先將雙T板推廣應(yīng)用到大跨度工業(yè)廠房屋蓋中，并開(kāi)發(fā)了雙坡形雙T板產(chǎn)品。

目前，雙T板在我國(guó)東北三省、山東省以及江蘇省等有較多的應(yīng)用，但總體上相對(duì)于美國(guó)的應(yīng)用水平仍有一定差距。本文通過(guò)對(duì)中、美兩國(guó)的雙T板構(gòu)件在外形及尺寸、預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋的配置、產(chǎn)品型號(hào)與選型等方面進(jìn)行對(duì)比，可為完善我國(guó)雙T板的設(shè)計(jì)提供參考。

01

相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，中國(guó)還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的雙T板產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，工程應(yīng)用中主要參考國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》（下文簡(jiǎn)稱為“雙T板圖集”）SG432-1~3進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)與選用。部分省市還編制有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖集，例如山東省的《鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》魯L06GT08，遼寧省的《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》遼2013G403。另外，對(duì)于特殊情況，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行雙T板設(shè)計(jì)。    

美國(guó)雙T板生產(chǎn)與選用主要參考美國(guó)預(yù)制/預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)編寫(xiě)的《PCI設(shè)計(jì)手冊(cè)》（下文簡(jiǎn)稱“PCI手冊(cè)”），但PCI手冊(cè)[8]僅給出截面尺寸、配筋量、適用跨度及荷載，并未給出具體的預(yù)應(yīng)力筋配筋數(shù)量、形式和非預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量，這些參數(shù)需由各構(gòu)件生產(chǎn)商根據(jù)美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)編制的設(shè)計(jì)規(guī)范ACI318進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，例如美國(guó)混凝土技術(shù)公司CTC即編制有一套企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 技術(shù)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)雙T板時(shí)，除應(yīng)考慮持久設(shè)計(jì)狀況下的正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)外，尚應(yīng)進(jìn)行短暫設(shè)計(jì)狀況下施工階段的驗(yàn)算，包括脫模起吊、運(yùn)輸、堆放及安裝等。從構(gòu)件設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)上看，中、美兩國(guó)規(guī)范有明顯的區(qū)別，特別是正截面抗裂、脫模起吊以及端部承載力等方面。

（1）對(duì)于雙T板抗裂驗(yàn)算，中國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010要求按二級(jí)裂縫控制等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，受拉邊緣的拉應(yīng)力σct不大于混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，美國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范ACI318和PCI手冊(cè)也是按不允許出現(xiàn)裂縫的U類(lèi)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，但其要求為：σct≤1.5ftk。相對(duì)而言，中國(guó)規(guī)范對(duì)雙T板裂縫控制更嚴(yán)格，由此會(huì)加大預(yù)應(yīng)力筋配筋量，并可能帶來(lái)反拱過(guò)大、端部容易開(kāi)裂等問(wèn)題。

（2）脫模起吊時(shí)，模板會(huì)對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生較大的吸附力，一般通過(guò)自重乘以脫模吸附系數(shù)加以考慮。中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)圖集SG432[2-4]沒(méi)有考慮脫模附加力的作用，僅考慮了1.5的動(dòng)力系數(shù)。中國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666統(tǒng)一取脫模吸附系數(shù)為1.5，而美國(guó)PCI手冊(cè)取的脫模吸附系數(shù)為1.7。因此，相對(duì)而言，中國(guó)規(guī)范考慮的脫模吸附力偏小。

（3）對(duì)于先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件端部的設(shè)計(jì)，美國(guó)有較充分的研究，PCI手冊(cè)有完整的規(guī)定，特別是對(duì)端部的裂縫控制和承載力計(jì)算，但中國(guó)規(guī)范缺少具體的規(guī)定，而標(biāo)準(zhǔn)圖集SG432[2-4]則主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。

02

構(gòu)件形狀對(duì)比

2.1 整體外形

我國(guó)多將雙T板用于工業(yè)建筑的屋面，常采用雙坡板；而美國(guó)多用于車(chē)庫(kù)，常采用平板。在預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)，板的兩端和跨中易出現(xiàn)開(kāi)裂，且在雙T坡板中尤為嚴(yán)重。為解決這一問(wèn)題，我國(guó)技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，提出了在雙T板兩端及跨中設(shè)置橫肋的方案，如圖1所示，并將加肋方案沿用到了雙T平板中。值得注意的是，美國(guó)的雙T平板并無(wú)橫肋，這是中、美雙T板應(yīng)用的一個(gè)區(qū)別。因此，對(duì)我國(guó)雙T平板是否可以取消橫肋值得進(jìn)一步研究。

2.2 構(gòu)件橫截面

雙T板橫截面控制參數(shù)主要有：截面高度h，截面寬度b，中間翼緣厚度tf，懸挑翼緣根部厚度tf1，懸挑翼緣端部厚度tf2，腹板根部厚度tw1，腹板端部厚度tw2，以及翼緣端部?jī)A斜角θ，如圖2所示。另外，根據(jù)翼緣上部有無(wú)疊合層，美國(guó)PCI手冊(cè)分為無(wú)后澆、后澆以及預(yù)先澆筑混凝土三種情況。中國(guó)圖集SG432對(duì)疊合層未有統(tǒng)一規(guī)定，僅在2m寬雙T平板要求疊合層厚度不小于50mm并給出了配筋要求，而且在進(jìn)行雙T板設(shè)計(jì)時(shí)，圖集并未考慮疊合層混凝土對(duì)構(gòu)件承載力的貢獻(xiàn)，僅作為附加荷載。

以跨度15m、承受活荷載在2.5kN/m2左右的設(shè)計(jì)條件為例，中、美雙T板橫截面尺寸對(duì)比如表1所示。可見(jiàn)，中、美雙T板的寬度、高度、中間翼緣厚度接近，且腹板均為上大下小的倒梯形；中國(guó)雙T板采用變截面的懸挑翼緣，翼緣根部較端部厚，而美國(guó)雙T板采用等厚度的懸挑翼緣；中國(guó)雙T板翼緣邊緣為內(nèi)傾的斜角，便于雙T板間接縫的后澆混凝土搗實(shí)，但要求脫模前邊緣模板需打開(kāi)，而美國(guó)雙T板連接多預(yù)埋鋼件，因此其翼緣邊緣大多無(wú)斜角。盡管采用變截面的懸挑翼緣可節(jié)省材料，但如果懸挑端過(guò)薄，在脫模起吊、運(yùn)輸及安裝過(guò)程中易于磕碰而損壞，而且當(dāng)有受局部重載（如叉車(chē)輪壓）時(shí)，也會(huì)由于承載力偏低產(chǎn)生局部沖切破壞。

2.3 構(gòu)件端部

中國(guó)雙T板端部一般為平口式，而美國(guó)雙T板常采用缺口式（也稱“刀把式”）端部。平口端部的雙T板一般擱置在支承構(gòu)件的頂部，而缺口端部雙T板往往與倒T形或L形梁配合使用，如圖3所示，可以有效降低層高，且便于采用疊合式剛性樓蓋。雙T板的缺口式端部受力較為復(fù)雜，特別是需要考慮缺口根部的直剪承載力計(jì)算，而我國(guó)規(guī)范GB50010并未提供相應(yīng)的計(jì)算方法，使得設(shè)計(jì)缺少依據(jù)。PCI手冊(cè)中對(duì)缺口式端部的設(shè)計(jì)提出了詳細(xì)的計(jì)算方法和構(gòu)造措施，可為相關(guān)設(shè)計(jì)參考。

03

構(gòu)件配筋對(duì)比

3.1 預(yù)應(yīng)力筋

中國(guó)雙T板采用螺旋肋鋼絲和鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力筋，其中的螺旋肋鋼絲的公稱直徑為7mm，強(qiáng)度為1570MPa，鋼絞線的公稱直徑為12.7mm和15.2mm，強(qiáng)度為1860MPa。美國(guó)雙T板的預(yù)應(yīng)力筋大多采用公稱直徑為12.7mm、強(qiáng)度為1860MPa的鋼絞線。

預(yù)應(yīng)力筋線形上，中國(guó)雙T板采用的是直線形，而美國(guó)雙T板除直線形外，當(dāng)跨度較大時(shí)，還采用單折點(diǎn)或雙折點(diǎn)的折線形預(yù)應(yīng)力筋。與直線形相比，折線形預(yù)應(yīng)力筋線形與構(gòu)件的實(shí)際彎矩圖更為接近，可以減小構(gòu)件產(chǎn)生的反拱值，有利于長(zhǎng)期變形的控制，同時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋在端部彎起，有利于減少端部裂縫，并提高端部的抗剪承載力，但是先張法折線形預(yù)應(yīng)力雙T板的施工比較復(fù)雜，需要特殊的裝置。

美國(guó)雙T板端部的預(yù)應(yīng)力筋還常采用局部預(yù)應(yīng)力釋放技術(shù)（debonding）。大量實(shí)踐表明，該技術(shù)可以使構(gòu)件端部的預(yù)應(yīng)力分布更為合理，從而有效控制構(gòu)件端部劈裂、剝裂以及斜向裂縫的出現(xiàn)。對(duì)于先張法構(gòu)件，其端部預(yù)應(yīng)力的發(fā)揮需要有一定的傳遞長(zhǎng)度，而預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力的提高也需要有一定的錨固長(zhǎng)度，加上部分預(yù)應(yīng)力的釋放，使得端部的受力變得非常復(fù)雜，如何準(zhǔn)確分析各種設(shè)計(jì)狀況下構(gòu)件端部的抗裂性能及受彎承載力、受剪承載力需要進(jìn)一步研究。

3.2 普通鋼筋

中、美雙T板的翼緣配筋方式基本相同，即無(wú)疊合層的翼緣采用一片焊接鋼筋網(wǎng)片，有疊合層的翼緣在預(yù)制部分和現(xiàn)澆疊合層分別放置一片焊接鋼筋網(wǎng)片。

中國(guó)雙T板腹板配筋主要采用CRB550級(jí)冷軋帶肋鋼筋（屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為500MPa）制作的焊接鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片兩端的豎向鋼筋間距較中間的密，且縱向水平鋼筋沿腹板高度均勻布置，如圖4（a）所示。美國(guó)雙T板腹板配筋也是采用焊接鋼筋網(wǎng)片（屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為450MPa），鋼筋有帶肋的或光圓的，且網(wǎng)片豎向鋼筋間距均勻，縱向水平鋼筋只在腹板上、下端集中布置，有時(shí)還會(huì)根據(jù)需要在構(gòu)件跨中加配受拉鋼筋。對(duì)腹板中部是否需要配置縱向鋼筋值得商榷。根據(jù)規(guī)范GB-50010的有關(guān)規(guī)定，當(dāng)梁腹板高度大于450mm時(shí)，需要在腹板上布置縱向鋼筋，且鋼筋間距不小于200mm。按該規(guī)定所配置的腹板鋼筋主要是為了控制混凝土收縮及徐變、環(huán)境溫度變化等引起的裂縫，但對(duì)于按二級(jí)抗裂控制的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，如果設(shè)計(jì)時(shí)能把溫度作用、混凝土收縮徐變效應(yīng)考慮清楚，應(yīng)該也可參照美國(guó)的方式進(jìn)行配筋。

04

產(chǎn)品型號(hào)與選型對(duì)比

4.1 產(chǎn)品型號(hào)

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)圖集SG432[2-4]包含平板（YTP）和坡板（YTS）兩個(gè)類(lèi)型，其中平板的編號(hào)如圖5（a）所示。圖中，預(yù)應(yīng)力筋類(lèi)型包括螺旋肋鋼絲（a）和鋼絞線（b）兩類(lèi)；板的標(biāo)志長(zhǎng)度范圍為9m~24m；平板的標(biāo)志寬度有2m、2.4m、3m三種，坡板的標(biāo)志寬度有2.4m、3m兩種；環(huán)境類(lèi)別為一類(lèi)，二a類(lèi)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40、C45；當(dāng)環(huán)境類(lèi)別為二b類(lèi)時(shí)，雙T平板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C50。

美國(guó)PCI手冊(cè)的雙T板都是平板，其編號(hào)如圖5（b）所示。其中，截面寬度范圍為2.4m~3.6m；DT代表雙T板；截面高度范圍為610mm~864mm；+2代表含有兩in的后澆疊合層。混凝土強(qiáng)度換算到立方體抗壓強(qiáng)度與C40相當(dāng)。

4.2 選型對(duì)比

中、美部分雙T板的型號(hào)及相應(yīng)的截面尺寸、預(yù)應(yīng)力筋配筋情況以及適用的跨度和荷載如表2、表3所示。中國(guó)雙T板一種型號(hào)對(duì)應(yīng)一種跨度、截面尺寸和預(yù)應(yīng)力筋，且各種類(lèi)型對(duì)應(yīng)的活荷載限值比較接近，為2.52~2.75kN/m2。美國(guó)雙T板一種型號(hào)對(duì)應(yīng)一種截面尺寸，但可對(duì)應(yīng)多種預(yù)應(yīng)力筋配筋、跨度及荷載。例如，對(duì)于8DT24，配置6φs12.7直線形預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，最大跨度可達(dá)到18.3m，對(duì)應(yīng)活荷載限值是0.81kN/m2；最小跨度9.8m，對(duì)應(yīng)活荷載限值是8.43kN/m2。

當(dāng)活荷載限值取為2.6kN/m2，中、美雙T板的高度及跨度的選型對(duì)比如圖6所示。可見(jiàn)，（1）中國(guó)雙T板的高度隨跨度的增加而增加，而美國(guó)雙T板的高度在跨度小于21m時(shí)均可取同一高度；（2）當(dāng)跨度大于15m時(shí)，中國(guó)雙T板的高度較美國(guó)的大。說(shuō)明中國(guó)的雙T板仍有較大的優(yōu)化空間。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化雙T板預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋的配筋，可以實(shí)現(xiàn)一種截面尺寸適用于多種跨度、多種荷載，從而可以減少模板的種類(lèi)，方便實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)線生產(chǎn)或工地現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，進(jìn)而降低投資與生產(chǎn)成本。

結(jié)論與建議

美國(guó)是雙T板應(yīng)用最為成熟的國(guó)家，其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)值得學(xué)習(xí)和借鑒。本文從多角度對(duì)中美兩國(guó)的雙T板構(gòu)件進(jìn)行了對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果，提出以下幾方面的建議，為國(guó)內(nèi)雙T板設(shè)計(jì)方法的完善提供參考。

（1）建議對(duì)雙T板的截面和預(yù)應(yīng)力配筋進(jìn)一步優(yōu)化，減小截面尺寸類(lèi)型，通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋的配筋調(diào)整滿足不同的使用要求；

（2）建議采用缺口式端部，但其設(shè)計(jì)方法有待進(jìn)一步研究；

（3）建議采用端部局部預(yù)應(yīng)力釋放技術(shù)，可有效控制端部裂縫的產(chǎn)生。

本文發(fā)表于《第五屆中國(guó)（國(guó)際）預(yù)制混凝土技術(shù)論壇》會(huì)刊，2015年6月，廈門(mén)。

作   者：

王茂宇，同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生；

鄭毅敏，同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司副總工程師；

趙    勇，同濟(jì)大學(xué)副教授。

（編輯：奚雅青）

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