裝配式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱連接方式

王立輝

摘要：裝配式建筑因其施工工期短、可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化控制而被廣泛的采用。而結(jié)構(gòu)中預(yù)制構(gòu)件之間的如何連接才能保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及受力性能已成為國內(nèi)外學(xué)者研究和關(guān)注的對象之一。綜合國內(nèi)外相關(guān)資料，介紹了梁柱連接方式，分析了各自特點(diǎn)，對今后需要研究的問題進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：裝配式；連接；預(yù)制柱；牛腿

雖然在目前大多數(shù)的工程施工中，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)仍然占主導(dǎo)地位，但其存在如施工周期長，工程質(zhì)量難以保證，成本難以控制等問題。而裝配式結(jié)構(gòu)則具有一定的優(yōu)越性。裝配式結(jié)構(gòu)，就是先在工廠或其地點(diǎn)將混凝土澆筑成單個(gè)構(gòu)件，然后運(yùn)至施工現(xiàn)場，將其拼裝搭接成建筑結(jié)構(gòu)。裝配式結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件之間的連接方式?jīng)Q定了結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，所以連接部分的研究往往最為重要，節(jié)點(diǎn)的連接主要包括梁柱及墻板的連接。由于國內(nèi)外規(guī)范的不同，連接方式的分類也各有不同，從施工方法上，大多屬于濕連接和干連接兩種[1]。濕連接，即連接時(shí)澆筑混凝土或水泥漿將其錨固，如梁柱之間的普通現(xiàn)澆連接、預(yù)應(yīng)力技術(shù)的整澆連接。干連接，即連接時(shí)不澆筑混凝土，而是在連接的構(gòu)件內(nèi)植入鋼板或其他鋼部件，通過螺栓連接或焊接，從而達(dá)到連接的目的，如梁柱之間的企口連接、牛腿連接等。以下將綜合國內(nèi)外不同學(xué)者的研究，參考一些文獻(xiàn)資料，總結(jié)裝配式結(jié)構(gòu)中柱、梁之間的不同連接形式，綜合比較這些連接的優(yōu)缺點(diǎn)，為開展后續(xù)有關(guān)連接的研究提供參考。

1. 干連接

根據(jù)國內(nèi)學(xué)者的一些研究，梁柱之間較好的連接有企口連接與牛腿連接，而按照美國NEHRP2000 規(guī)范[2]，常用的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)有焊接節(jié)點(diǎn)和螺栓節(jié)點(diǎn)等。

1.1 企口連接

企口連接是一種新型裝配式框架梁柱干式連接方式，與普通企口連接不同之處在于該連接為干式拼接剛性連接。在企口連接中，缺口梁和梁牛腿采用活動(dòng)的連接蓋板焊接在預(yù)埋件上的方式連接，將預(yù)制梁做成缺口梁，缺口梁和梁端懸挑牛腿的受力大小相等方向相反，如圖1[3]。目前為止，國內(nèi)外對用企口連接形成的梁柱剛性研究較少，東南大學(xué)于長海等進(jìn)行了兩根外伸梁（整體與企口連接）、兩根簡支梁（整體和企口連接）的對比試驗(yàn)[4]。試驗(yàn)表明，企口連接梁局部剛度下降，撓度、轉(zhuǎn)角增加，但對構(gòu)件的整體變形影響較小，而且它是一種比較經(jīng)濟(jì)的連接方式，并且不影響建筑梁高。

1.2 牛腿連接

因?yàn)榕Ｍ鹊某休d力很高，并且能夠很好的傳遞豎向力，所以在干式連接中牛腿連接的方式相當(dāng)普遍。建筑中牛腿連接的方式有明牛腿連接與暗牛腿連接兩種。

明牛腿連接。因?yàn)閺S房的大空間對牛腿的建筑要求不高，但是需要牛腿有很強(qiáng)的承載能力。這時(shí)就要采用明牛腿連接方式，如圖2，這種連接節(jié)點(diǎn)的承載力大，受力可靠，節(jié)點(diǎn)剛性好，施工安裝方便，但是， 在建筑上明牛腿的做法影響美觀，占用空間大，同時(shí)做法給結(jié)構(gòu)性能帶來了不利影響，特別是不利于靜力和動(dòng)力性能的設(shè)計(jì)，并且在反復(fù)地震荷載作用下灌漿處容易發(fā)生脆性破壞，同時(shí)耗能性也不好[5]，導(dǎo)致這種連接的抗震性能不好。

暗牛腿連接。型鋼暗牛腿連接就是將型鋼直接伸出來而不用混凝土包裹直接做成暗牛腿，梁端的剪力可以直接通過牛腿傳遞到柱子上，梁端的彎矩可以通過梁端和牛腿頂部設(shè)置的預(yù)埋件傳遞，如圖3。當(dāng)剪力較大時(shí)，用型鋼作成的牛腿可以減小暗牛腿的高度，相應(yīng)地增加缺口梁的高度以增加結(jié)構(gòu)的抗剪能力，但是這種連接中暗牛腿下的混凝土受力是相當(dāng)復(fù)雜的[6]，型鋼暗牛腿下的混凝土極容易被壓碎，也就是存在著局壓現(xiàn)象?；炷恋木謮浩茐目梢詫?dǎo)致整個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)喪失承載能力，使節(jié)點(diǎn)無法充分發(fā)揮其承載力以及變形能力[7]，這是該種連接方式的一個(gè)缺點(diǎn)。

1.3 焊接連接

圖4為焊接連接為美國的干式連接方法之一，在梁與預(yù)制柱間留有一細(xì)縫，其中填入細(xì)石混凝土，梁的上部通過一墊塊與柱中外伸出的預(yù)埋件焊接，梁下部通過角鋼與柱牛腿上的角鋼焊接連接。因?yàn)樵撨B接方法中沒有明顯的塑性鉸設(shè)置，在反復(fù)地震荷載作用下焊縫處容易發(fā)生脆性破壞[8]，所以其耗能性較差，但焊接連接的施工方法避免了現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土，可以節(jié)省工期，在施工中為了使焊接有效同時(shí)減小焊接的殘余應(yīng)力，應(yīng)該充分安排好相應(yīng)構(gòu)件的焊接工序，塑性鉸設(shè)置良好的焊接接頭的優(yōu)越性還是相當(dāng)明顯的，研究變形性能較好的焊接連接也是當(dāng)前焊接連接構(gòu)造的發(fā)展方向。

2. 濕連接

2.1 后澆整體式連接

國內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)規(guī)程均采用后澆整體式連接方式。這種連接方式的整體性能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等同，所以也被稱為“等現(xiàn)澆連接”。此種連接節(jié)點(diǎn)區(qū)主筋及構(gòu)造加強(qiáng)鋼筋全部連接，節(jié)點(diǎn)區(qū)采用后澆混凝土及灌漿材料將預(yù)制構(gòu)件連為整體，如圖5，這樣的連接形式就使得預(yù)制裝配框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析方法與混凝土現(xiàn)澆框架相同，常用的連接方式主要有潤泰體系梁柱連接節(jié)點(diǎn)和世構(gòu)體系梁柱連接節(jié)點(diǎn)。此種連接的構(gòu)造較復(fù)雜，梁柱連接節(jié)點(diǎn)很難保證施工質(zhì)量，其優(yōu)越性難以充分發(fā)揮，但試驗(yàn)證明這些構(gòu)造可以有效地處理構(gòu)件的薄弱部位，將各結(jié)構(gòu)構(gòu)件連成相互統(tǒng)一的整體，保證了結(jié)構(gòu)的整體性[9]。

2.2 延性桿式連接

與后澆整體式連接相比，裝配式連接更加符合建筑工業(yè)化要求。預(yù)制梁通過螺栓與預(yù)埋在預(yù)制柱中的連桿相連，形成延性連接系統(tǒng)。地震作用下連桿發(fā)生塑性變形，從而避免其他構(gòu)件損壞。林宗凡等基于上述思想提出了高效裝配式延性節(jié)點(diǎn)[10]，預(yù)制梁通過高強(qiáng)螺栓、連接塊與預(yù)制柱中的連桿相連，在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)預(yù)埋低屈服高延性連桿并通過中間翼，緣有效錨固后，受力過程中連桿不會(huì)產(chǎn)生較大的滑移，如圖6。該種連接節(jié)點(diǎn)以干作業(yè)施工為主，只在連接塊周圍做少量非結(jié)構(gòu)性灌漿處理，在荷載作用下，連桿首先屈服，可避免其他構(gòu)件破壞，地震作用下彈塑性變形通常發(fā)生在連接處，而梁柱構(gòu)件本身不會(huì)破壞，震后只需對連接部位進(jìn)行修復(fù)就可以繼續(xù)使用，具有較好的經(jīng)濟(jì)性能[11]。

圖1 企口連接 圖2 明牛腿連接 圖3 暗牛腿連接

圖4 焊接連接 圖5 潤泰體系連接 圖6延性桿式連接

3.總結(jié)及展望

從以上綜述可以看出，國內(nèi)外有關(guān)裝配式節(jié)點(diǎn)的研究已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展，不同學(xué)者提出了不同的節(jié)點(diǎn)連接形式，但仍有較多科學(xué)問題需要深入研究：

（1） 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的應(yīng)用前景廣闊，如何基于這些已有的連接形式提出適合裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的最優(yōu)連接形式是科研人員面臨的新挑戰(zhàn)。

（2） 關(guān)于預(yù)制混凝土墻板連接的研究較少，應(yīng)多在此方面深入研究，提出新型連接方式，研究結(jié)構(gòu)的整體抗震效果。

（3） 國內(nèi)外對預(yù)制混凝土連接的研究還在初級階段，住宅產(chǎn)業(yè)化的迅速發(fā)展迫切要求我們對此類研究必須不斷完善深入，使住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展得更好。

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