王成元 王 娟 曾雯琳 張玉程 張武

(新余學院建筑工程學院，江西 新余338000)

0 引言

裝配式剪力墻結構以其高效、環(huán)保的特點在建筑結構中得到越來越廣泛的應用[1]。由于裝配式結構構件多為廠家預制而成。裝配式剪力墻預制構件之間通過有效的節(jié)點連接形成一個共同受力體系，節(jié)點處的連接質量成為裝配式結構能否抵抗外力荷載作用的重要因素，是裝配式結構受力的薄弱環(huán)節(jié)[2]。裝配式結構破壞通常表現(xiàn)為預制構件破壞較輕，節(jié)點和鋼筋連接處失效，從而使整個受力體系破壞[3]。所以，節(jié)點處鋼筋的連接技術是進行裝配式混凝土結構力學性能研究的重要部分，對推動裝配式建筑的發(fā)展有促進作用[4]。

目前，裝配式結構節(jié)點連接分為鋼筋連接、型鋼連接和其他連接方式。但現(xiàn)階段裝配式剪力墻連接節(jié)點的不穩(wěn)定、施工繁瑣等問題仍較為突出，因此，設計一種合理且高效的新型連接方式，使裝配式建筑在裝配環(huán)節(jié)能夠保證結構的安全性的同時，具有施工快捷、高效、環(huán)保的優(yōu)勢。

1 裝配式剪力墻連接方式及要點分析

1.1 裝配式剪力墻鋼筋連接方式

鋼筋連接方式有套筒灌漿連接、漿錨鋼筋搭接、機械連接等。

1.1.1 套筒灌漿連接

套筒灌漿連接是在上層混凝土預制構件中預留套筒，下層預制構件預留的鋼筋插入上層套筒中，通過套筒與微膨脹灌漿料的相互擠壓作用，使套筒內側與鋼筋帶肋表面之間產生正向作用力，鋼筋可以借助該豎直方向上的正向力在其帶肋、粗糙表面產生足夠的縱向摩擦力，從而實現(xiàn)應力在受力鋼筋之間的可靠傳遞，套筒灌漿連接如圖1所示。

圖1 套筒灌漿連接

為了驗證這種水平連接方式在裝配式剪力墻中運用的可靠性，對5個預制剪力墻試件試驗后，證明了套筒灌漿連接在應對連接豎向鋼筋的問題上是安全有效的。

套筒灌漿連接有著適用面廣和施工簡便的優(yōu)點，是一種安全、穩(wěn)定的連接方式，同時在對框架柱的縱向鋼筋和剪力墻中，基本實現(xiàn)“裝配等同現(xiàn)澆”理念[5]。然而此連接在混凝土灌漿時易受積水、空泡等影響，且施工現(xiàn)場條件和技術水平也會導致灌漿時飽滿程度難以保證。

1.1.2 漿錨鋼筋搭接

漿錨鋼筋連接是預制裝配式混凝土結構的一種常見縱向鋼筋連接方式，在混凝土預制墻柱體構件中預留連接孔，通過灌注專用的高強水泥基漿料與帶肋鋼筋作用連接，可以使連接空腔內部通過荷載鋼筋的搭接而達到鋼筋之間的應力傳遞[6]，漿錨鋼筋連接如圖2所示。此技術核心在于灌漿料的質量，需具備高強、穩(wěn)定、早強等特點。

圖2 預留孔漿錨搭接

為了證明此連接方式的可靠性，將搭接長度、混凝土強度和鋼筋直徑設為變量，對108個漿錨鋼筋連接構件施加單向拉伸荷載，并對運用此連接的剪力墻墻體進行低周往復加載試驗，結果顯示約束漿錨鋼筋搭接的連接方式是可行的。通過拔拉試驗，發(fā)現(xiàn)81個試件均因外部鋼筋屈服而被破壞，也可表明這種連接方式是可靠的。為了能使施工工序進一步簡化，對漿錨鋼筋搭接研究發(fā)現(xiàn)，除了在試驗前期相較于現(xiàn)澆試件的耗能能力更好，在應力的傳遞上也表現(xiàn)出色，可使施工簡化，值得推廣。

1.1.3 機械連接

在預制裝配式混凝土結構中，將相鄰兩根受力鋼筋用漿錨搭接接頭、套筒灌漿連接接頭或者按照其他的連接方式進行連接，使鋼筋承壓端和連接試件相互咬合以均勻傳遞應力。

通過調查報告分析顯示，日本在2010年鋼筋的連接方式已有60種余種，而機械連接就占60%，表明鋼筋機械連接可靠性深受認可。我國從1980年就開始對鋼筋的螺栓連接等機械連接方式進行研究，證明該連接方式在各項工程的運用中幾乎不受天氣影響，施工快，無污染。

1.2 裝配式剪力墻型鋼連接方式

裝配式剪力墻型鋼連接方式主要包括焊接預埋型鋼、高強螺栓連接預埋型鋼、鋼管混凝土套筒灌漿連接等。

1.2.1 焊接預埋型鋼

使用焊接H型鋼的方式連接混凝土剪力墻結構，此連接方式效率高、結構簡單、施工過程簡易、連接節(jié)點安全。但此連接方式在制作時需高度精確，在后期的澆筑處理過程中需要花費不少的時間。

1.2.2 高強螺栓連接預埋型鋼

高強螺栓按照“干連接”連接方式可以將預制剪力墻連接成抗彎、抗剪的整體，很大程度地提高了裝配式剪力墻結構的抗震性?？偨Y預埋型鋼連接的經驗，提出了一種采用螺栓連接水平縫的連接方式，其優(yōu)勢在于作業(yè)環(huán)境干燥、施工方便，能夠有效承受墻體的各項荷載。但是這種連接方式需使用大量的螺栓，因而對其裸露節(jié)點的金屬表面需要有較高的防腐要求。因此，通過設計一種新型水平節(jié)點連接方式，該連接方式減少了螺栓的使用數(shù)量，且節(jié)點構造簡單，其連接鋼材的剛度和強度可以通過改變高強螺栓來調節(jié)節(jié)點連接處的力學性能，與現(xiàn)澆連接近似等效[7]。但此連接方式對預制墻體的精度要求高，且螺栓易腐蝕。

1.2.3 鋼管混凝土套筒灌漿連接

鋼管混凝土套筒灌漿連接是由鋼筋、高強水泥基漿料及鋼套筒所組成，依靠高強水泥灌漿料作用構成穩(wěn)定可靠的整體，如圖3所示。這三者在受到外部荷載的情況下能夠相互作用，完成作用力的傳遞。

圖3 鋼管套筒灌漿連接

通過對此連接方式的鋼管混凝土剪力墻進行試驗，發(fā)現(xiàn)此連接設備在方鋼管混凝土破壞之后才被破壞，這表明連接設備的強度大于方鋼管混凝土，證明了此連接方式設計合理、可靠安全。我國現(xiàn)階段主要是以“強節(jié)點弱構件”的理念來進行水平連接節(jié)點裝配式剪力墻的設計。所以此連接的強度是影響此連接件整體連接性能的主要因素[8]。

1.3 裝配式剪力墻其他連接方式

1.3.1 后張預應力連接

后張預應力連接如圖4所示。后張預應力連接可以通過施加豎直方向上的作用力以增強接合面的抗剪能力，從而提供良好的結構恢復性能，便于地震災后的修復。整根預應力筋在預留孔道內穿束、張拉等施工工藝較復雜，后張無黏結預應力錨固的安全性和可靠性也還存在缺陷，安裝效率不夠高，尤其對于高層裝配式框架，標準層裝配施工時間還有待提升[9]。按照有無黏結可以分為后張有黏結預應力連接和后張無黏結預應力連接。后張有黏結預應力連接的特點是有很高的安全性、可靠性，對錨具依賴性較低，但造價偏高，施工過程繁瑣，施工危險性高。后張無黏結預應力連接的特點是施工作業(yè)較前者簡單，受地震作用影響小，但其抗火性能差，施工存在安全隱患。

圖4 后張預應力連接

通過設計裝配式短肢剪力墻的模型，并進行了剪力墻擬靜力試驗探究其抗震性能，結果表明“強墻弱梁”的構造原理是可以在后張無黏結剪力墻的合理設計中實現(xiàn)的，同時在對使用后張無黏結預應力連接加大荷載時，主要在墻與連梁的連接處發(fā)生塑性變形，其他部位幾乎沒有發(fā)生破壞，方便后期的修復。

1.3.2 剪力墻混合裝配式連接

為了對新型混合裝配式混凝土剪力墻的性能進行研究，通過多次低周往復加載試驗發(fā)現(xiàn)，與一般混凝土剪力墻相比，這種結構承載能力、剛度和抗裂能力明顯提高。同時，通過對采用縱向無黏結預應力筋連接的預制混凝土剪力墻結構進行試驗表明，預應力鋼筋貫穿試件的連接，能夠有助于震后的修復和自復位，而在剪力墻墻體邊緣處布置高強鋼筋也有助于地震耗能。分析發(fā)現(xiàn)該剪力墻混合裝配式連接具有不錯的可靠性，滿足設計要求，可以應用于中、大地震等地區(qū)。

1.3.3 多孔剪力墻插筋連接

對使用多孔剪力墻插筋連接的裝配式預制墻體試件進行了相關試驗，發(fā)現(xiàn)一字型的墻體試件墻角處均被破壞，但是墻體試件的水平方向并沒有出現(xiàn)較大錯位，證明此水平連接方式能夠達到墻體的抗剪要求，安全可靠。

2.2 兩組患兒實驗室數(shù)據比較 兩組患兒血鈣檢查結果比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，血鈉、血鉀、肝功能指標丙氨酸轉氨酶(ALT)及腎功能指標肌酐(Cr)水平均在正常范圍內，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表2。

從以上關于各種裝配式剪力墻連接的應用和研究中，基于剪力墻試件各連接節(jié)點的準靜態(tài)試驗或與普通剪力墻試件進行對比發(fā)現(xiàn)，各種連接方式在各自的范圍內都能滿足抗震性能的要求，各有優(yōu)劣。

2 裝配式剪力墻新型水平連接方式——預留孔H型鋼連接

通過對現(xiàn)階段裝配式剪力墻的各種連接方式的性能及優(yōu)缺點進行分析，結合其中的漿錨鋼筋搭接和焊接預埋型鋼連接方式的特點，提出了一種預留孔型鋼搭接的新型水平連接方式，如圖5所示。該連接方式主要包括4個部分：左右兩片預制密肋復合墻體、預埋鋼筋、待插入鋼筋、上下部H型鋼連接件。

圖5 預留孔H型鋼連接示意圖

2.1 預留孔型鋼連接的創(chuàng)新設計要點

（1）在一片預制密肋復合墻體連接節(jié)點上下部各設有一個T型凹槽，與另一片墻體的T型凹槽對應形成H型凹槽，凹槽內部做粗糙處理，通過上下部H型鋼連接件和高強水泥基漿料連接兩片預制密肋復合墻體。

（2）在一片預制密肋復合墻體（左）中，由一根全貫穿預埋鋼筋和左右兩個同軸線非貫穿預留孔將墻體按上中下三等分，預埋鋼筋在預留孔上方，全貫穿預埋鋼筋左右各伸出墻體的長度為預制密肋復合墻體長度的1/3，2個預留孔長度均為墻體長度的1/3。

（3）在另一片預制密肋復合墻體（右）中，也由一根全貫穿預埋鋼筋和左右兩個同軸線非貫穿預留孔將墻體按上中下三等分，預埋鋼筋在預留孔下方，全貫穿預埋鋼筋左右各伸出墻體的長度為預制密肋復合墻體長度的1/3，2個預留孔長度均為墻體長度的1/3。

2.2 施工工藝

（1）通過塔吊和相關技術人員的配合將一片全貫穿預埋鋼筋在預留孔上部的預制密肋復合墻體（左）平穩(wěn)運輸至指定位置的上方，由2～3個施工人員牽引到樓地面的連接處，等待與第二片墻體連接。

（3）對第一片墻體（左）右邊下方的預留孔和第二片墻體（右）左邊上方的預留孔均灌滿微膨脹的高強水泥基漿料。

（4）水平吊裝第二片墻體左移，引導全貫穿預埋鋼筋插入對應的預留孔中。

（5）先后插入上、下部H型鋼至新型水平連接節(jié)點的上下部凹槽中，用高強水泥基漿料對其結合面進行粘結。

（6）進行下一片剪力墻墻體的裝配。

2.3 經濟效益

此連接方式結合了現(xiàn)有的焊接預埋型鋼連接方式和預留孔漿錨搭接方式的特點，較傳統(tǒng)的裝配式水平連接方式具有以下優(yōu)勢：

（1）穩(wěn)定性、整體性較好。上下部H型鋼的強抗彎能力彌補了預留孔鋼筋連接方式的主體形式單一而可能在地震作用下導致的預制墻體邊緣或與梁、柱連接節(jié)點易開裂等問題。

（2）抗震性能好，震后易修復。在采用該新型連接方式下的預制密肋復合墻體和插入的兩根高強帶肋鋼筋作用下，可以達到較好的抗震要求，能應用在多震、強震等地區(qū)，且在震后修復與自復位中表現(xiàn)也較為出色。

（3）安全高效、綠色環(huán)保。該新型連接方式適用性廣泛，裝配效率高，建筑能耗低，材料回收利用率高，符合可持續(xù)發(fā)展基本理念。

3 結束語

現(xiàn)階段，我國在裝配式剪力墻的連接方式上仍然存在著施工、檢測、補救困難且技術上體系存在不兼容等問題。為了解決這一技術難題，提出了一種裝配式剪力墻新型水平連接方式——預留孔H型鋼搭接方式，能夠很好地解決剪力墻水平連接的穩(wěn)定性問題，同時，具有提高施工安全性、減少環(huán)境污染、降低維護費用等優(yōu)勢，具有較大的經濟效益與社會效益。