劉 權

(中鐵十八局集團產業(yè)發(fā)展有限公司，天津 300222)

0 前 言

裝配式建筑施工綠色環(huán)保滿足中國建筑生態(tài)文明建設的行業(yè)理念，工業(yè)化程度高.施工方便是裝配式剪力墻結構的一大優(yōu)點，并成為近幾年我國及國外學者的重點研究對象.它不僅能有效地防止大氣污染和水污染，具有保護環(huán)境等優(yōu)點，同時工廠化的高效預制大大降低了施工勞動強度[1].

裝配式砼剪力墻結構是由一套預制的剪力墻體通過水平和垂直連接方式組成穩(wěn)定的整體.同時也有大量的節(jié)點，其水平、垂直連接方法是剪力墻研究的重點[2].裝配式砼剪力墻結構連接方式的分類和優(yōu)缺點詳見表1.

表1 裝配式砼剪力墻結構連接方式的分類和優(yōu)缺點

1 干式連接

干連接工作原理通過電焊、螺栓、栓釘?shù)冗B接形式把預制構件進行連接，無須現(xiàn)澆鋼筋砼，在性能上“非等同現(xiàn)澆形式”.

1.1 鋼筋機械連接

圖1 鋼筋機械連接

構造形式：鋼筋機械連接一般通過機械連接件將受力鋼筋進行牢固連接的方式[3]，如圖1所示.機械連接中常見的方式之一就是螺栓連接，它是利用高強度螺栓的抗彎拉和抗剪切性能，將上部和下部剪力墻作為一個整體連接起來，如圖2所示.

優(yōu)點：通過試驗驗證，在反復作用力下，螺栓連接的滯回曲線相對完整，如圖3所示，抗震性能良好，基本滿足等效現(xiàn)澆的目標,與“濕連接”相比，便于現(xiàn)場施工，提升了施工效率.可以充分發(fā)揮高強螺栓的特性，具有良好的抗震性能.

圖2 螺栓連接示意圖(單位：mm) 圖3 螺栓連接預制剪力墻滯回曲線

缺點：受外部環(huán)境因素影響，容易出現(xiàn)松動導致分離；螺栓孔的對齊要求非常精確.

1.2 型鋼連接

構造形式：在工廠把工字鋼在上、下部剪力墻中預埋好，運到現(xiàn)場施工時，將上下剪力墻工字鋼對齊后進行螺栓連接或焊接，然后通過澆筑砼形成后澆帶[4]，詳見圖4.

優(yōu)點：型鋼連接結構比較簡約，連接比較牢固.

缺點：工廠加工生產和運輸工程中如果操作不當，會造成預埋型鋼出現(xiàn)偏斜錯位，表明此連接方法在生產時的精度要求比較高，另外后澆施工也提高了施工成本，延長了施工時間.

優(yōu)化建議：在兩個型鋼連接器的連接位置設置“一”字形螺栓孔,兩個螺栓孔一旦交叉就可構成“十”字形可調節(jié)的連接孔，形成可容差型鋼連接結構,在實現(xiàn)兩塊剪力墻墻體在橫向、縱向的位置固定的同時,還具備一定的容差功能和糾正誤差功能,方便進行剪力墻安裝,極大地降低了安裝難度系數(shù).

圖4 型鋼連接 圖5 型鋼-螺栓連接

1.3 型鋼-螺栓連接

構造形式：提前在工廠對剪力墻連接鋼板進行加工并牢牢固定，進場施工后，第一步在下層剪力墻頂部上涂抹厚度適中的沙漿，然后把下層剪力墻預埋好的連接鋼板精準對接上層剪力墻預留孔，然后把螺桿插入到預留孔當中，并擰緊螺母實現(xiàn)有效連接[4].詳見圖5.

優(yōu)點：型鋼-螺栓剪力墻連接方式構造比較簡約，能夠借助調節(jié)螺栓和連接鋼板的剛度和強度調節(jié)剪力墻連接位置的抗剪及抗拉性能，其效果和現(xiàn)澆連接基本相同.

缺點：型鋼-螺栓剪力墻連接方式進行預制時的精度要求比較嚴格,而且不能有效處理螺栓裸露時容易生銹的弊端.

1.4 后張拉預應力連接

構造形式：后張拉預應力連接施工時將剪力墻通過預應力鋼筋進行連接,接著在接縫中注入適宜強度的砂漿,具體連接方式見圖6.后張拉預應力連接通常借助砼抗壓和預應力鋼筋張拉進行外力的防御.接縫區(qū)域發(fā)生變形的可能性較大，當沒有外力時，通過預應力鋼筋自身的修復功能確保剪力墻保持最狀態(tài)位置[5].

優(yōu)點：通過試驗分析,后張拉預應力連接能增強連接位置與剪力墻強度、剛度以及延展性,其功能和現(xiàn)澆剪力墻效果一樣.

缺點：消能效果不明顯，需要增加U形板、O形阻尼器和梳形板等耗能器增加消能效果，增加減震作用.另外,后張拉預應力連接張拉過程比較復雜,實施不太方便.

1.5 鍵槽連接

構造形式：把鍵槽在剪力墻上進行平均配置，接著進行砼澆筑，將剪力墻進行連接.此種連接形式主要用于裝配式的大板結構.鍵槽尺寸的設定至關重要，鍵槽的合理布置可確保剪力均勻地傳遞[6].鍵槽連接見圖7.

優(yōu)點：通過試驗，研究發(fā)現(xiàn)鍵槽連接形式滯回曲線比較均勻飽滿,見圖8.在破壞試驗中，裝配式剪力墻豎向接縫的裂縫基本遍布整個墻體，能有效地傳遞內力.后澆部分有利于墻體的能耗；其峰值荷載較現(xiàn)澆墻的高22.3%，說明力學性能良好.

缺點：鍵槽連接方式不能保證結構的延性，易發(fā)生脆性破壞.破壞時墻體暗柱區(qū)最外邊緣鋼筋被拉斷，而墻體預制部分損壞較小，說明后澆部分的鋼筋未完全發(fā)揮作用.

優(yōu)化建議：設計時可適當減少后澆部分鋼筋配筋率.

圖6 后張拉預應力連接圖7鍵槽連接 圖8 鍵槽連接預制剪力墻滯回曲線

2 濕連接

濕連接的機理就是把相鄰剪力墻的受力縱筋借助連接構件進行有效連接后，接著對連接處澆筑砼，性能“等同現(xiàn)澆形式”.

2.1 環(huán)筋扣合錨接連接

構造形式:上方的剪力墻底伸出豎向“U”形鋼筋，下方剪力墻墻頂也伸出豎向“U”形鋼筋，上下“U”形鋼筋插入上下“U”形扣內，然后將砼灌入，通過環(huán)筋扣合錨接連接，使上下兩道剪力墻形成一個整體.裝配式剪力墻環(huán)筋扣合錨連接步驟詳見圖9，構造詳見圖10.

圖9 裝配式剪力墻環(huán)筋扣合錨連接步驟圖

圖10 裝配式環(huán)筋扣合錨連接結構 圖11 灌漿套筒構造示意圖

優(yōu)點：環(huán)筋扣錨連接結構體系具有良好的抗震性能，滿足“小震不破壞，大震不倒塌”的防震目標.

缺點：精度要求較高，環(huán)筋扣合錨接連接環(huán)筋施工不太方便.

2.2 套筒灌漿連接

構造形式:套筒灌漿連接借助空心鋼套筒將剪力墻鋼筋進行有效連接，鋼筋從套管兩端插入后，然后通過設置在套管中的灌漿孔向孔內注入速凝、收縮性小的砂漿(砂漿由強度水泥、砂子等輔助材料混而成)，砂漿實現(xiàn)硬化后，意味著實現(xiàn)連接.詳見圖11.

優(yōu)點：如圖12所示，對現(xiàn)澆剪力墻和灌漿套筒連接預制剪力墻的滯回曲線對比分析，兩者的滯回曲線都非常飽和，而且能耗基本一致.經試驗分析研究可以發(fā)現(xiàn)，灌漿套筒可以將鋼筋應力進行實時傳遞，力學性能非常穩(wěn)定,并且抗震效果較好,可以實現(xiàn)同時現(xiàn)澆效果.而且套筒灌漿方式能夠讓施工過程更便捷，施工產生的噪聲更小.

圖12 現(xiàn)澆和預制剪力墻滯回曲線對比

缺點：灌漿套筒連接預制剪力墻常受施工環(huán)境和施工條件限制，另外，灌漿飽滿程度常常受積水、雜物和空泡等干擾.剪力墻之間的連接縫不容易實現(xiàn)密實澆筑，因而削弱了受力性能；預制構件的精度要求很高，灌漿料沒有很好的流動性，早期強度不高，收縮程度偏大，特別是整體投入較高.

優(yōu)化建議：為了提升速度，工程中可采用新型緊固構件，該構件由固定塊和銷釘一起組成.固定塊可以非常牢固固定套管，并且將套管進行精準定位，在確保剪力墻質量的同時，還能提高施工效率速度.緊固件構造結構見圖13，灌漿套管與剪力墻連接見圖14.

圖13 緊固件構造結構示意圖

圖14 剪力墻灌漿套筒連接示意圖

2.3 漿錨搭接連接

構造形式:在剪力墻中提前預埋金屬波紋管,然后插入鋼筋,接著將高強度、收縮性小的灌漿料注入凝固后，實現(xiàn)有效連接,詳見圖15.漿錨搭接連接重點是孔洞的成型方式以及灌漿自身質量.

優(yōu)點：通過試驗證明,漿錨搭接裝配式砼構件與現(xiàn)澆的效果差不多,而且受力性能比較好,工序簡單，構件對位精度不高，節(jié)約鋼材,投入成本不高，連接性能穩(wěn)定，通過錨搭接的預制剪力墻與現(xiàn)澆剪力墻破壞程度大致相同.

缺點：因為事先預留過的鋼筋插孔，盡管提升了精密性，但容易造成保護層偏薄，而且加大了施工難度；灌漿時假如出現(xiàn)漏漿情況，造成漿錨孔端部存在空洞現(xiàn)象，導致安全和質量問題.

2.4 現(xiàn)澆帶連接

構造形式:現(xiàn)澆帶連接借助剪力墻上下鋼筋的搭接，接著澆筑砼進行連接，見圖16.

優(yōu)點：過現(xiàn)澆帶連接的施工比較便捷，適用于連接位置比較窄小的剪力墻構件.

缺點:研究發(fā)現(xiàn),通過現(xiàn)澆帶連接形式的滯回曲線不太規(guī)則，見圖17,耗能比較低,承載力到達峰值以后立即下降，抗震性不強.其力學性能不太穩(wěn)定,上下兩片墻體不容易精準對齊,另外后澆帶砼也不方便進行密實澆筑.而且對澆筑模型要求比較高.

圖15 漿錨搭接構造示意圖 圖16 現(xiàn)澆帶連接 圖17 現(xiàn)澆帶滯回曲線

3 抗震優(yōu)化舉措

目前U形板、O形阻尼器和梳形板等耗能器常作為抗震配置工裝.這些阻尼器大多為面外彎曲耗能，滯回性能雖然比較穩(wěn)定，然而剛度偏小，容易折斷.

通過研究發(fā)現(xiàn)，借助截面為X形的金屬阻尼器能夠很好配合鋼材順著截面全長屈服的需要，而且初始剛度以及耗能性能較強，一些項目在裝配式剪力墻的豎向接縫中配置X形的金屬阻尼器，剪力墻整體抗震能力得到了非常大的提升.金屬阻尼器構造見圖18.

圖18 金屬阻尼器構造示意圖(單位:mm) 圖19 阻尼器試件的耗能能力

試驗時，金屬阻尼器試件XMD20削弱段寬度為20 mm、XM D30削弱段寬度為30 mm、XM D40削弱段寬度為40 mm，當外部荷載進行反復施加，X形金屬阻尼器滯回性能表現(xiàn)很強.圖19是反復荷載作用下，金屬阻尼器試件單圈滯回環(huán)耗能值Ed以及等效黏滯阻尼系數(shù)ξeq隨著位移的變化曲線.從圖19可知，XMD的耗能能力隨著削弱段寬度的增加而降低，尤其是當增加阻尼器削弱段的寬度時，阻尼器的承載能力以及剛度也得到加強，可耗能功能卻降低，而且X形金屬阻尼器和剪力墻間體現(xiàn)了很好的協(xié)同效應，而且隨著金屬阻尼器數(shù)量的遞增，阻尼器被破壞形式從彎剪破壞過渡到彎曲破壞，這充分表明其抗震性能隨金屬阻尼器數(shù)量的遞增而增強.

4 結束語

本文全面介紹了九種國內外裝配式承重墻連接方式的構造及優(yōu)缺點.目前在兼顧預制裝配式剪力墻“濕連接”方式的同時，建議加大施工更為方便的“干連接”節(jié)點形式的應用和研究分析，特別是針對“干連接”形式中裸露在外重要部件容易出現(xiàn)被腐蝕的現(xiàn)象,建議將連接部件進行內置.另外一些項目的裝配式砼剪力墻連接盡管實現(xiàn)了工廠化、標準化、快捷化，但是存在著成本高、工藝繁瑣等弊端.X形金屬阻尼器(XMD)極大提升了剪力墻抗震作用，建議在做好剪力墻連接方式抗震性能、受力性能的同時，兼顧防水、防火、防氧化等性能的實踐和研究.