裝配式預制疊合板拼縫構造優化分析*

蔣延東

(中鐵十二局集團有限公司財務共享服務中心 太原 030024)

預制疊合板具有節約材料、方便施工及縮短工期等優點,并且相對于全裝配板具有較強的抗震及整體性能,是當前廣泛采用的組合結構。其中,預制疊合板應力、應變呈現非線性變化,且現澆層收縮應力對層狀結構承載力也有很大影響。在多個受力狀態下,預制疊合板拼縫處受力狀況十分復雜,因此,預制疊合板拼縫處改善與優化對于保障預制疊合板整體性能的可靠性、有效性具有重要工程實際意義。

1 預制疊合板拼縫的常見問題及影響因素

目前,裝配式預制疊合板拼縫常見問題如表1所示。而影響預制疊合板拼縫構構造的因素中,主要由以下幾點組成:

表1 裝配式預制疊合板拼縫常見問題及解決對策

1.1 混凝土后澆層厚度

后澆層板承載能力隨后澆層板厚度增大而增大,由于當預制疊合板厚度增大時整體受壓區域也隨之升高,增大預制疊合板承載力減緩預制疊合板裂紋擴展速率,當受力相同時,層間疊合預制疊合板變形隨著層厚增加而減小。

1.2 板底連接縱筋

除后澆層厚度外,板底節點處縱向鋼筋對板底應力有較大影響。當受力相同時,預制疊合板底部連接縱向鋼筋直徑較大時,預制疊合板變形較小。這主要是由于鋼筋直徑增加板件配筋面積提高板件的承載能力、剛度。同時,減小底部縱筋間距,使得鋼筋排布更加緊密,也能夠增加疊合面鋼筋面積,預制疊合板底部連接縱筋就能夠承受更大彎矩,提高其抗切性能。

1.3 拼縫兩側鋼筋桁架間距

加密網格板拼縫部位應力明顯小于一般網格板,隨著荷載增加加筋網片僅在拼縫中心部位出現明顯受力現象。因此,對預制疊合板拼縫區進行加密可提高預制疊合板拼縫區剛度,如表1所示。

2 裝配式預制疊合板拼縫構造優化建議——以LJ花園西區建設項目為例

LJ花園西區建設項目位于XD 區LC大街新五中南側,南環北街以北,YH 路以西,DY 東路以東。GB/T 51231-2016裝配式混凝土建筑技術規范;C30預制混凝土預制疊合板為166.56 m3;C30預制混凝土樓梯為22.8 m3;

2.1 優化原則

2.1.1 接縫受力針對不同接縫施工要求也各不相同,如表2所示。

表2 接縫受力

2.1.2 接縫材料

預制疊合板接縫施工時,如想要充分地滿足建筑工程施工需要和具體施工條件,就應保證接縫材料具有一定抗剪切能力和伸縮變形能力,并且對材料在防火、防水以及防霉變等方面都有一定要求。選擇接縫材料時候要注意,預制疊合板縫不能過大,要盡量少用拼縫膠,降低建筑施工費用、控制預算。此外,還應保證板縫外觀整潔性、美觀性、環保性和協調性。

2.1.3 接縫技術

對于預制疊合板整體受力性能而言,其主要介于按板縫劃分單向板與整體雙向板之間,其動力性能還與預制疊合板尺寸、接縫鋼筋數量、預制板以及后澆層厚度比例等多個因素密切相關。因板縫接縫邊界主要是用來傳遞剪力,所以預制疊合板在具體應用中傳遞彎矩性能比較差,在沒有可靠依據情況下,就可偏向于安全性較高單向板,并且要按照具體構造來確定接縫鋼筋數量,以此來保證接縫部位不會發生剪切破壞,并有效地控制接縫處裂縫。

對于跨度比較大預制疊合板,由于疊合面受到外力溫度影響,其截面就會產生較大水平剪力,為解決這一問題就應結合實際情況對截面抗切構造鋼筋進行合理配置,保證水平界面抗剪能力。

雙層預制疊合板邊盡可能避免最大彎矩段,又要避免應力最大部位,其接頭應采用后澆帶。在對預制構件和現澆與后澆混凝土接縫處進行處理時,受力鋼筋要采用安全和可靠性都比較高連接方式,而對于接縫處新舊混凝土,要選擇粗糙面和鍵槽等構造措施,以提高其整體結構穩定性,并根據彼岸準規定對計算結果進行合理調整。

2.2 施工準備

生產廠家提供預制構件及相關材料設備,要按照一定施工順序進場驗收,并進行合理分類堆放。經過現場分析,進入場地物料主要是被放置在接近進入場地兩邊和中心地方并被集中堆放著。

對于單向預制疊合板運輸路徑,應進行硬化,當運輸車輛到達指定材料對方區域時,還應通過吊重設備進行卸載,在卸載區域要設置相應安全標志(警戒線、標語)。

預制疊合板堆放參數包括:單垛堆放高度≤5層,堆放時需要進行材料荷載穩定性分析,底層材料則要采取墊木整平,不同預制疊合板層與層之間也需要采用墊木墊實,確保各層材料平齊,避免材料穩定性喪失導致傾覆災害,另外,墊木支點需要能夠為預制疊合板吊裝充作吊點,堆放區域場地則需要經過10 cm 厚C20混凝土硬化處理。

此次吊裝采用汽車吊進行預制疊合板吊裝,施工采用50 t汽車吊,汽車吊吊裝最大高度25 m,起重重量范圍為2～5 t,可滿足預制板吊裝要求。

2.3 施工方案設計

2.3.1 支撐系統

預制疊合板施工采用支撐體系主要是碗扣式鋼管支架,該支撐系統主要由鋼管、碗扣式銜接件、頂托等組成,支架按照預制疊合板設計方案進行滿堂布置。在梁邊緣處,需搭設400 mm 寬預制疊合板,在托架中央部位,搭設500 mm 寬方木。在進行支撐系統布置之前,技術人員要在現場對樓層控制線進行測量,然后按照預制疊合板支架平面布置示意圖,對架體、墻柱位置進行布線,最后才能進行支架搭設。

本項目中,預制疊合板施工主要采用的碗扣式腳手架,為保證支撐架穩定及安全,為將支撐系統關鍵參數設置為:預制疊合板跨度3.2 m,支架腳手架步距1.6 m,橫縱向立桿間距均為1.2 m,立桿底部木墊塊0.1 m×0.1 m,采取頂絲對立桿頂部進行頂撐。在架體頂端頂絲高度,則需由技術人員使用鋼卷尺、水平墨線進行現場檢測,而后可對立桿高度進行動態調整,以保證預制疊合板板底設計標高與鋼管龍骨相應標高相等。

2.3.2預制疊合板定位

以現場預制疊合板吊裝施工設計圖紙為基礎,技術人員可利用定位設備對預制疊合板布置位置進行預制疊合板定位。為提高預制疊合板定位精度,在預制疊合板預制階段,可將預制疊合板底部進行樓面定位線預留,在吊裝階段,采用激光墨線儀進行控制線定位投射。同時,梁邊緣需要架設400 mm 寬度預制疊合板體系,以便預制疊合板可伸入梁內一定距離,梁邊緣預制疊合板也需要對預制疊合板安裝位置進行定位放線,預制疊合板架設結束后則需要進行標高校核,保證預制疊合板高度及預制疊合板標高準確性;墻柱上鋼筋要做好抄平,放線,做好標記,在預制疊合板底部預制疊合板驗收時要做好標高檢查,防止出現返工,在預制疊合板安裝前要按照墻壁控制線彈線。

2.3.3 拼縫構造優化

附加鋼筋所引起阻裂的機制可改變預制疊合板拼縫處受力特點,使疊合面與拼縫處最大正應力方向發生變化,最大正應力方向將傾向于沿疊合面水平方向,即裂縫發展到疊合面后,轉變為垂直于拼縫方向發展,不會形成貫通裂縫。然而,按照分離式接縫進行設計疊合預制疊合板,在經過混凝土現澆層形成整體板塊之后,其受力模式呈現出明顯雙向板受力特點,因此,如將其按照單向板受力模式來設計拼縫節點存在一定問題。

此次工程施工中,預制疊合板底板表面設置附加鋼筋,對其承載力起到一定作用,并起到“阻裂”作用,但其設計高度偏低,與板面相比較弱,導致其整體承載力下降,且隨著拼縫寬度增加,這種影響更加顯著;預制疊合板拼接處容易出現應力集中,且預制板與后澆混凝土交界處受彎承載力較低,撓度較大,容易出現開裂破壞。

通過對接縫處優化設計,改善接縫處受力性能,提高接縫處裂縫荷載。在層合預制疊合板頂面布置一根額外鋼筋,并保證層合預制疊合板在一定錨固長度下,不僅可保證結構承載力,而且還可保證結構抗裂性。在層疊預制疊合板縱向長邊處,預留40～60 mm 拼縫,并與層疊預制疊合板混凝土同步澆筑。在設計服役荷載下,當預制疊合板在拼縫處未設置網格處時,其承載能力及變形均能滿足需求,且鋼筋易出現脆性破壞,而網格處設置網格處,則可有效地傳遞剪、彎矩,改善其延性的同時,對其承載能力具有促進意義。

2.3.4 混合物填塞掛網

2.3.4.1 基層處理

用鋼筆清除對膠合有不利影響材料,例如:油脂、塵土、涂料、水泥漿液及其他對膠合有不利影響顆粒;用刷子或真空吸塵器對基底表面進行清洗,確保基底潔凈和干燥。

2.3.4.2 施工步驟

①用H-80灌漿料或高一等級微脹型防裂砂漿填充,其填充面應低于兩邊板厚度5 mm;②在縫紉線四角用美紋紙條粘在一起,用膨脹式嵌縫石膏+膠水+白水泥混合攪拌進行勾縫;③在其表面上涂上一層白色膠水,并粘上100 mm 厚纖維織物,在干燥后再次涂上一層白色膠水。

2.3.5 抹灰掛網

用鋼筆清除對基層有不利影響材料,例如:油脂、塵土、涂料、水泥漿液及其他對基層無影響顆粒;在基面上適當地灑些水來潤濕。第一次涂刷防裂灰漿厚度為3～4 mm,并涂刷密實、平整;加壓耐堿玻璃纖維網格布,網格布應展平,并在與梁、柱或墻壁結合時,確保網格布不會發生變形,不會產生拱度。兩面墻拼接長度不應少于100 mm 抹第二道防裂砂漿掛網應設置在抹灰層中,且網片和底板之間距離不應超過3 mm;第二次防裂灰漿厚度要控制在1～2 mm。

2.4 質量保障

2.4.1 設計方面

在設計中,應對預制疊合板厚度進行控制。預制疊合板厚度愈大其承載力愈大。隨著平板厚度增大,成本也隨之增大。所以在拼縫中,縱筋直徑和縱筋的間距會直接影響到配筋面積,通過大直徑小間距排列,能夠提高整體預制疊合板抗剪性能,使拼縫中鋼筋能夠承受更多荷載。同時,通過對拼接點網格點進行加密,提高預制疊合板剛性。在此基礎上對網架式預制疊合板拼接方式進行優化,提高其整體性能,為網架式預制疊合板推廣提供新途徑。

2.4.2 吊裝方面

按設計圖要求,仔細檢查板件質量和尺寸,并批準板件安裝位置。在吊運時,應采用“慢起慢落”方法,以防止疊合鋼板與其他物體相撞。在吊運時,吊鉤位置應與部件中心成一條垂直線,并且吊繩與部件夾角不能小于45°。將預制疊合板吊到正確位置后再進行下降,下降到一定高度后再由工人手工調整預制疊合板位置,以保證拼縫兩邊預制疊合板在水平面上。

2.4.3 施工方面

要對施工人員進行技術指導,讓施工人員對拼縫構造做法有清晰認識,并盡可能選擇對灌漿操作有一定了解工人進行施工。疊合鋼板拼縫應設置在結構應力較低地方,并在保證施工簡便性前提下,盡可能避免結構薄弱部分。進行注漿之前,要先對基礎進行處理,將混凝土表面光滑部分鑿毛,并將表面油污、灰塵等雜質清除干凈,確保基礎表面潔凈。應嚴格按配方配制注漿材料,并按時完成注漿。對于鋼筋較多部位,應加大振搗力度,確保結構緊固性。此外,還需做好接縫防水工作,可在接縫中加設止水板,起到防水、防滲作用。

3 結語

綜上所述,現代化社會發展趨勢下,建筑水平也在不斷提升。裝配式建筑結構是當前建筑施工中較為常見的施工方式,其中,采用預制疊合板接縫技術,不僅可有效地提高建筑結構整體質量,降低建筑成本,還可有效地縮短工期,提高建筑施工穩定性和社會效益。