林麗萍，劉 霽，李 云，鄒艷花

(湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，湖南 湘潭 411201)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展至今，在地震作用下，其接縫處的抗剪強(qiáng)度研究一直是重點(diǎn).各國(guó)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)接縫處的抗剪強(qiáng)度的計(jì)算基于不同的破壞機(jī)理.美國(guó)建筑豎向接縫處的抗剪強(qiáng)度依據(jù)規(guī)范(ACI 318-08)[1]計(jì)算，該規(guī)范認(rèn)為其主要影響因素是剪切作用后接縫混凝土之間的摩擦作用，但去除了混凝土本身的抗剪作用.加拿大規(guī)范(CSA A23.3)[2]認(rèn)為不同時(shí)期澆筑的鋼筋混凝土界面的抗剪能力主要由摩擦剪力和縱筋銷栓作用組成.目前，我國(guó)主要將接縫分為豎縫和平縫，并依據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3](JGJ 1-2014)和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[4](JGJ 3-2010)，在單一荷載作用下進(jìn)行設(shè)計(jì).很多學(xué)者對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的接縫抗剪強(qiáng)度、抗震性能等進(jìn)行了一系列的探討和研究.宋國(guó)華、王東煒等[5-6]考慮接縫寬度等影響因素，對(duì)豎向齒槽接縫抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，并給出了齒槽型接縫的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式.陸偉等[7]利用數(shù)值分析法探討了受拉剪力墻的剪切破壞模式的判別標(biāo)準(zhǔn)，提出最大軸拉力判斷方法應(yīng)該采用滑移破壞公式還是剪壓破壞公式.余志武等[8]提出了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的一種新型的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，并對(duì)其抗震性能進(jìn)行研究.郭少華[9]對(duì)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造在整體性研究上提出了建議.朱張峰等[10]則基于有限元模型探討了節(jié)點(diǎn)連接鋼筋構(gòu)造，并對(duì)預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中間層邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究.

以上研究均是在未考慮地震作用，豎向構(gòu)件可類似水平構(gòu)件承受彎剪作用時(shí)，且豎向接縫在一定的截面尺寸條件下獨(dú)立作為彎剪構(gòu)件承擔(dān)剪力的研究.基于此，以裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中相鄰一字墻連接豎縫為例，將豎向接縫作為獨(dú)立構(gòu)件，提出抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式.

1 受剪承載力計(jì)算公式分析

本文考慮的是在地震作用下豎向接縫作為獨(dú)立構(gòu)件的受剪承載力的計(jì)算.在地震作用下，豎向構(gòu)件主要承受地震水平荷載的影響，類似于受彎構(gòu)件的受力狀態(tài)，故參考了以下規(guī)范及文獻(xiàn)進(jìn)行探討.

1.1 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力

當(dāng)配置箍筋和彎起鋼筋時(shí)，矩形、T 形和I形截面受彎構(gòu)件(獨(dú)立梁)的斜截面受剪承載力應(yīng)符合式(1)規(guī)定[11]：

1.2 裝配式大板結(jié)構(gòu)齒槽豎向接縫受剪承載力

文獻(xiàn)[5]給出了裝配式大板結(jié)構(gòu)齒槽型接縫的受剪承載力計(jì)算公式.其受剪承載力主要由接合筋作用和接縫處混凝土斜桿作用2 部分組成.接縫處接合筋作用需在接縫處混凝土壓力僅作用于齒槽且均勻分布，以及在反復(fù)荷載作用下混凝土接縫處齒槽表面的剪切摩擦系數(shù)相等的條件下發(fā)生.

裝配式大板結(jié)構(gòu)齒槽型接縫考慮在抗震作用下的受剪承載力為

1.3 梁端齒槽接頭受剪承載力

通過(guò)剪力傳遞機(jī)理分析，在一定剪跨比范圍內(nèi)，齒槽式梁端頭的極限受剪承載力可用式(3)[12]表示：

2 開裂前齒槽豎向接縫作為獨(dú)立構(gòu)件受剪承載力計(jì)算公式

綜合分析受剪承載力計(jì)算式(1)～式(3)發(fā)現(xiàn)：式(1)中抗剪能力主要由混凝土本身抗剪作用、箍筋的抗剪作用、彎起鋼筋的抗剪作用以及預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋的抗剪作用組成；式(2)中其抗剪能力主要由齒槽的斜桿作用和結(jié)合筋的銷栓作用組成；式(3)中主要考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度、受拉鋼筋和受壓鋼筋的抗剪作用，以及截面受壓引起的摩擦作用.

本文將接縫看作受彎構(gòu)件獨(dú)立梁進(jìn)行抗剪計(jì)算，接縫截面形式依據(jù)文獻(xiàn)[5]所給形式進(jìn)行分析，見圖1.由圖1 可知，Y方向兩側(cè)有墻體，剛度較大，故地震作用下水平荷載主要在X方向產(chǎn)生彎剪作用.在受力過(guò)程中，式(2)中的齒槽產(chǎn)生的杠桿作用在X方向未形成，配置的結(jié)合筋也未能在X方向起到箍筋或彎起鋼筋的作用，但其結(jié)合筋銷栓作用依然存在；且在地震作用下引起的水平荷載會(huì)對(duì)獨(dú)立梁形成壓力作用.因此，接縫X方向抗剪能力主要從混凝土本身的抗剪作用Vc，接縫結(jié)合筋的銷栓作用Vs以及受壓引起的摩擦作用Vf這3 個(gè)方面考慮，提出接縫作為獨(dú)立構(gòu)件的受剪承載力計(jì)算公式：

圖1 豎向接縫截面形式/mm

由表1 可知，接縫的抗剪強(qiáng)度隨接縫寬度增加而遞增，隨鋼筋直徑增大而遞增.本文提出的公式計(jì)算值均高于破壞荷載值和文獻(xiàn)[5]的計(jì)算值，這說(shuō)明在地震引起的水平荷載作用下，接縫作為獨(dú)立梁構(gòu)件抵抗剪力能力高于接縫接觸面薄弱處，若接縫接觸面開裂，但接縫整體穩(wěn)定的情況下可作為受彎構(gòu)件獨(dú)立梁繼續(xù)抗剪，也可在一定程度上保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性.

表1 抗剪強(qiáng)度計(jì)算值比較

3 開裂后齒槽豎向接縫作為獨(dú)立構(gòu)件受剪承載力計(jì)算公式

本文所提式(6)中的Vf是在接縫與兩側(cè)墻體保持整體接觸情況下，產(chǎn)生的摩擦作用.當(dāng)接縫受荷載破壞時(shí)，其摩擦作用減弱甚至消失，則其抗剪作用將大大降低.因式(6)與齒槽數(shù)無(wú)關(guān)，故可經(jīng)過(guò)專門的混凝土表面粗糙工序后，選擇雙齒槽或矩形接縫形式皆可.基于“大震不倒，中震可修，小震不壞”的抗震設(shè)計(jì)原則，對(duì)接縫進(jìn)行配筋設(shè)計(jì).考慮施工方便，可將直線型結(jié)合筋改為在預(yù)制墻體中預(yù)設(shè)U 型箍或環(huán)型箍，其平行墻體鋼筋可作為結(jié)合筋，發(fā)揮結(jié)合筋銷栓作用，垂直墻體鋼筋可作為箍筋，增加箍筋的抗剪作用.結(jié)合筋布置形式見圖2，其三維示意圖見圖3.顯然，當(dāng)接縫裂開后，無(wú)摩擦作用時(shí)的齒槽豎向接縫受剪承載力計(jì)算公式可變形為

圖2 結(jié)合筋布置形式

圖3 結(jié)合筋配置三維示意

齒槽接縫結(jié)合筋與混凝土之間的摩擦作用對(duì)接觸面會(huì)產(chǎn)生較大摩擦壓力，從而破壞齒槽內(nèi)的混凝土，降低其抗剪能力，故接縫配筋率建議取值范圍為0.25%～1.5%.

4 算例

選取某裝配式大板結(jié)構(gòu)舊房改造設(shè)計(jì)項(xiàng)目為算例.該項(xiàng)目采用了外殼預(yù)制接縫現(xiàn)澆的裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)房屋進(jìn)行防水和抗震性能的改造.其豎向接縫截面形式采用雙齒槽截面，配筋采用U 型筋.圖4 為算例截面圖.

圖4 算例豎向接縫截面形式/mm

4.1 抗剪設(shè)計(jì)

4.2 U 型筋間距計(jì)算

算例所得豎向接縫的截面尺寸和配筋結(jié)果可保證外殼預(yù)制結(jié)構(gòu)在抗震作用下的整體穩(wěn)定性.

5 結(jié)語(yǔ)

1)基于齒槽豎向接縫受剪承載力研究，發(fā)現(xiàn)接縫可作為獨(dú)立構(gòu)件進(jìn)行抗剪.接縫整體穩(wěn)定且在未開裂的情況下可作為獨(dú)立構(gòu)件繼續(xù)抗剪，其抗剪能力主要包括混凝土本身的抗剪強(qiáng)度、接縫結(jié)合筋的銷栓作用以及作用平面內(nèi)壓力引起的摩擦作用，并提出了受剪承載力計(jì)算公式.

2)通過(guò)改變結(jié)合筋形式，如采用U 型箍筋或環(huán)形箍筋，可以保證結(jié)合筋的銷栓作用，還可將垂直于墻體方向的鋼筋作為抗剪箍筋，對(duì)豎向接縫增加箍筋抗剪作用，以保證接縫開裂后的抗剪能力，并提出了接縫開裂后、無(wú)摩擦作用下，齒槽豎向接縫作為獨(dú)立構(gòu)件的受剪承載力計(jì)算公式.

3)本文所提出的公式(式(6)～式(7))表明了地震作用下豎向裂縫可作為獨(dú)立構(gòu)件抗剪，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性.