裝配式剪力墻連接方式分析

高兵鄭奕

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引言

預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)是指在工廠中提前預(yù)制好，再到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配的一種剪力墻結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土剪力墻比較，預(yù)制剪力墻能更好地適應(yīng)綠色建筑的需要。在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的安裝過(guò)程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是節(jié)點(diǎn)連接，常用的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)有多種，有濕式連接與干式連接，各有優(yōu)劣。本文將對(duì)裝配式剪力墻的連接方式進(jìn)行總結(jié)對(duì)比分析，以供工程人員選擇時(shí)參考。

1 裝配式剪力墻的連接方式

節(jié)點(diǎn)的連接是預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)安裝難點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的連接形式有濕式連接與干式連接。濕式連接一般是指混凝土與鋼筋結(jié)合而成的連接，如漿錨連接、灌漿套筒連接等；干式連接有螺栓連接、機(jī)械連接、后張預(yù)應(yīng)力連接等連接方式，其形式主要是通過(guò)構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋鋼筋進(jìn)行機(jī)械連接。

2 濕式連接主要方式及控制要點(diǎn)

2.1 灌漿套筒連接

在裝配式剪力墻施工中，灌漿套筒連接是一種常見(jiàn)的連接方式。其連接原理是將金屬套管預(yù)先埋設(shè)于預(yù)組裝剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土中，再將鋼筋嵌入到鋼管內(nèi)，接著對(duì)套管內(nèi)進(jìn)行水泥注漿，以實(shí)現(xiàn)連接。注漿料以混凝土為主，輔料為細(xì)骨料、外加劑等，經(jīng)調(diào)配均勻攪拌而成。上、下套管的預(yù)埋件都需在工廠內(nèi)進(jìn)行，先將上部的鋼筋和下部的套管預(yù)先埋入。再將上部鋼筋和下部套管間填入微膨脹的構(gòu)造砂漿，即可完成連接工作。由于套管的影響，水泥注漿材料的脹縮效應(yīng)會(huì)被約束，使其與套管的內(nèi)壁處產(chǎn)生一對(duì)反作用力，從而達(dá)到受力的鋼筋和鋼管的應(yīng)力轉(zhuǎn)移。對(duì)連接節(jié)點(diǎn)注漿填充后，還能確保墻體受力更加合理。

馬軍衛(wèi)[3]等人對(duì)兩層兩跨灌漿套筒連接全裝配式框－剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，灌漿套筒連接全裝配式框－剪結(jié)構(gòu)試件與全現(xiàn)澆試件的破壞模式基本相同，且具有良好的耗能能力和較好的剛度特性。Li[4]等進(jìn)行了T形預(yù)制混凝土剪力墻低周循環(huán)試驗(yàn)研究，并將其與同等大小的現(xiàn)澆混凝土剪力墻進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)，有一些預(yù)制混凝土剪力墻的承載能力同現(xiàn)澆試件差不多，而且其延性、剛度、耗能性能均較好。經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，其抗震性能與現(xiàn)澆構(gòu)件相當(dāng)。Wu[5]等人將其與現(xiàn)澆剪力墻進(jìn)行比較，探討了套筒灌漿連接下預(yù)制短肢剪力墻的抗震性能，分析發(fā)現(xiàn)，二者在極限承載力上類(lèi)似，但在耗能能力以及延性上，預(yù)制短肢剪力墻比現(xiàn)澆剪力墻稍遜。鋼筋屈服后，套筒內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度下降。錢(qián)稼茹[6-7]等對(duì)鋼筋套筒灌漿連接進(jìn)行了較為全面的研究，并從擬靜力和擬動(dòng)力試驗(yàn)證明，裝配式剪力墻采用套筒灌漿連接在地震作用下可以達(dá)到強(qiáng)墻肢弱梁的設(shè)計(jì)要求，破壞形式與現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)件基本相同。

2.2 漿錨連接

漿錨連接也稱(chēng)為“非直接搭接”，其技術(shù)原理就是先通過(guò)剪力結(jié)構(gòu)把鋼筋拉力傳至灌漿的位置，然后將其傳遞到周?chē)幕炷林?，以此方式形成結(jié)構(gòu)的承載力。在安裝過(guò)程中，通常采用插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接，通過(guò)螺旋箍筋來(lái)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的約束。具體做法是：在預(yù)制件制作過(guò)程中，在底部留一個(gè)不平的孔洞，安裝過(guò)程中把預(yù)留的鋼筋插入孔洞，最后將灌漿料注入孔洞中完成連接。在鉆孔的位置布置螺旋箍筋，可以極大地改善鋼筋連接處的接合強(qiáng)度。但是，由于該節(jié)點(diǎn)可以很好地實(shí)現(xiàn)縱向加強(qiáng)，并在一定程度上分配了鋼筋的受力，因此必須加強(qiáng)其中部的結(jié)構(gòu)以防止被破壞。必須在一定的強(qiáng)度下適當(dāng)?shù)乇３制浣Y(jié)構(gòu)的受力，以防止當(dāng)鋼筋屈服時(shí)受到的外部力量對(duì)其造成的損傷。因此，需要在螺桿箍?jī)?nèi)將預(yù)制的鋼筋與套管同時(shí)安裝，在混凝土凝固之前將其取出。另外，有些情況不適宜采用水泥錨固技術(shù)，對(duì)于采用縱筋、或直徑大于20mm的鋼筋，不能采用這種技術(shù)。

姜洪斌等[8-9]對(duì)插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接的預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)行了鋼筋錨固試驗(yàn)和搭接試驗(yàn)，試驗(yàn)得出插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋錨固長(zhǎng)度取規(guī)范規(guī)定基本錨固的0.8即可滿(mǎn)足錨固要求；當(dāng)配置螺旋箍筋時(shí)，縱筋搭接長(zhǎng)度可以取基本錨固長(zhǎng)度即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。陳云鋼等[10]對(duì)2個(gè)豎向鋼筋漿錨搭接的裝配式剪力墻以及1個(gè)現(xiàn)澆剪力墻進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，從中可以看出裝配式剪力墻和現(xiàn)澆剪力墻的破壞形式基本差不多，它們的骨架曲線、耗能性能也很相近，但與現(xiàn)澆剪力墻初期剛度相比，裝配式剪力墻初期剛度有所降低。錢(qián)稼茹[11]等人對(duì)套筒漿錨連接混凝土剪力墻和現(xiàn)澆混凝土剪力墻進(jìn)行了抗震性能的比較，研究發(fā)現(xiàn)，套筒漿錨連接能夠有效傳遞鋼筋應(yīng)力，但是采用套筒漿錨搭接的構(gòu)件，其承載力和變形能力均比豎向分布鋼筋不連接的試件好。

3 干式連接主要方式及控制要點(diǎn)

3.1 螺栓連接

裝配式剪力墻螺栓連接是將上部預(yù)應(yīng)力混凝土剪力墻構(gòu)件留有孔洞，下部預(yù)制剪力墻構(gòu)件采用螺紋鋼筋或者螺紋桿，然后在連接時(shí)，下部的預(yù)埋構(gòu)件穿過(guò)上部的預(yù)留孔洞，并通過(guò)螺母固定在一起，再將混凝土澆注在預(yù)留的孔內(nèi)，將兩塊預(yù)制板組合在一起。預(yù)制剪力墻構(gòu)件是用螺栓連接而成的，在施工過(guò)程中，很少有采用現(xiàn)澆混凝土的工作，從而提高了工程的效率。盡管螺栓連接具有施工效率高、連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的連接形式；但是，螺栓連接對(duì)安裝精度的要求很高，而且在多次荷載作用下，螺栓連接處很可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，所以必須采用其它方法才能保證接頭的可靠性。因螺栓連接具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，故這種連接方式將會(huì)成為裝配式剪力墻連接的主要研究方向之一。

薛偉辰[12]等人對(duì)預(yù)制混凝土剪力墻豎向螺栓連接的抗震性能進(jìn)行研究。研究表明，裝配式剪力墻用螺栓連接的時(shí)候和現(xiàn)場(chǎng)澆筑的剪力墻的承載能力基本沒(méi)有區(qū)別，但其總體延性會(huì)相對(duì)優(yōu)秀一些。程蓓[13]等人對(duì)兩種不同類(lèi)型的螺栓鋼板接縫連接節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，用螺栓鋼板連接的裝配式剪力墻，其變形能力和耗能能力都相當(dāng)不錯(cuò)。且在接縫鋼板上沒(méi)有加勁肋的比接縫鋼板上有加勁肋的，會(huì)使接縫處鋼板延性較好和裂縫破壞形式較輕。孫建[14]等人對(duì)工字形剪力墻在高強(qiáng)螺栓連接下的抗震性能做了研究。研究后發(fā)現(xiàn)，剪力墻的峰值荷載受到螺栓的直徑影響。

3.2 機(jī)械連接

機(jī)械連接是一種比較傳統(tǒng)的預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)連接方式。所謂機(jī)械連接，就是利用機(jī)器將鋼筋進(jìn)行咬合連接，其優(yōu)點(diǎn)在于更加的靈活，可以將各種結(jié)構(gòu)部件之間進(jìn)行相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)構(gòu)件的鋼筋受力傳遞。在工程實(shí)踐中，為了保證連接的質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范的工藝程序操作。在現(xiàn)有的機(jī)械連接技術(shù)的基礎(chǔ)上，還發(fā)展出了更為成熟的錐形螺紋接頭、套筒擠壓接頭等技術(shù)，這些技術(shù)不僅能夠確保預(yù)制裝配式剪力墻的抗震能力，同時(shí)還具有很大的應(yīng)用范圍。

3.3 后張預(yù)應(yīng)力連接

后張預(yù)應(yīng)力連接一般是指通過(guò)施加豎向預(yù)應(yīng)力來(lái)增加水平接縫處的壓力，以提高接合面的摩擦抗剪強(qiáng)度的連接方式，一般分成后張無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力連接和后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力連接兩類(lèi)。前者是將預(yù)應(yīng)力鋼筋導(dǎo)管在預(yù)制構(gòu)件上進(jìn)行分段預(yù)埋，并在墻段中放置適當(dāng)?shù)臉?gòu)造筋，使其在實(shí)際組裝中不需要用鋼筋連接，安裝完畢后，將預(yù)制好的墻體分段采用預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行拼縫。該種方法具有施工操作簡(jiǎn)單、地震破壞小等特點(diǎn)，但其耗能低、耐火性差。后一種方法是在預(yù)制墻體中預(yù)留孔道，然后在實(shí)際工程中灌注水泥，再用張拉設(shè)備對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行拉伸，用錨具將其固定到構(gòu)件的端部；該方法具有可靠性高、安全性高等特點(diǎn)，但施工工藝復(fù)雜，造價(jià)昂貴。

4 結(jié)束語(yǔ)

裝配式建筑符合建筑行業(yè)綠色發(fā)展的趨勢(shì)，在建筑行業(yè)建設(shè)中其應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛和深入。針對(duì)裝配式剪力墻施工中節(jié)點(diǎn)連接的重難點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)行了深入研究分析，綜述了漿錨連接、灌漿套筒連接、螺栓連接、機(jī)械連接、后張預(yù)應(yīng)力連接等不同的連接方式的連接效果、影響因素以及優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的連接方式，對(duì)保證工程質(zhì)量相當(dāng)重要的。