裝配式結構組合栓釘連接件設計與應用分析

摘 要：為了研究裝配式結構構件與構件之間的新型連接方式，分別設計了錐形和L形兩種組合栓釘連接件，并對該連接件的抗拉性能、抗剪性能等受力性能進行了分析；同時，針對錐形和L形兩種組合栓釘連接件各自的特點從施工的角度介紹了組合連接件的應用方法，為裝配式結構在連接方面提供了新的參考。

關鍵詞：連接件；栓釘；裝配式結構；連接設計

前言

近些年，以現澆整體式鋼筋混凝土結構為主要代表的建筑結構發展迅猛，該類型的結構具有整體性能好，抗震性能好，剛度大，耐火性能好等優點，但同時其也具有受氣候影響大，施工周期長，模板需求量大，現場作業強度大等缺點[1-2]；于是裝配式結構受到廣泛關注并迅速發展，其是指用預制的構件在工地裝配而成的結構，這種結構的優點是受氣候影響小，施工周期短，節約勞動力并可提高建筑質量[3-4]。2016年中央文件指出：要發展新型建造方式；大力推廣裝配式建筑，減少建筑垃圾和揚塵污染，縮短建造工期，提升工程質量；加大政策支持力度，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%[5]。裝配式結構預梁和柱子、樓板與梁等制構件與構件之間連接的好壞是建筑成品好壞的關鍵，通過連接件對預制構件進行連接是常用的工程施工手段，連接件的研究有很多，例如，周緒紅[6]用有限元方法分析了鋼錨箱栓釘群釘剪力連接件的受力性能；俞宏[7]用試驗方法研究了竹-混凝土組合結構螺釘剪力連接件抗剪承載能力；張彥玲[8]對栓釘連接件在鋼-混凝土組合梁施工階段的受力性能進行了研究；丁發興[9]采用推出試驗對10個栓釘連接件進行分析并建立了相應的計算方法，與Ollgaard[10]提出的計算方法比較表明該方法具有較廣泛的適用性。然而，以上的研究都是對單一的栓釘試件進行的研究分析，對由栓釘和混凝土等共同組成的組合栓釘連接件的研究尚少，因此，本文對裝配式結構組合栓釘連接件進行設計，并探討其應用。

1 組合栓釘連接件設計

目前研究的單一栓釘連接件大多是以電焊加工的方法焊接在鋼梁、鋼柱等目標構件上，但對于混凝土結構而言，其加工較為復雜。針對混凝土結構，尤其是裝配式混凝土結構，本文設計了一種新型的錐形組合栓釘連接件（見圖1）和一種L形組合栓釘連接件（見圖2）。

圖1（a）和（b）分別為錐形組合栓釘連接件的平面圖和立體圖，從其平面圖中可以看出組合栓釘連接件由栓釘、混凝土、錐形鋼板、上部蓋板（鋼板）、下部蓋板（也為鋼板）共同組成；具體的制作方式為：將錐形鋼板上下兩端分別與上部蓋板和下部蓋板焊接相連，上部蓋板和下部蓋板中間設置開孔，其中上部蓋板的開孔與栓釘的直徑相當，下部蓋板的開孔較栓釘底部的螺帽稍大，錐形鋼板外壁厚度相同，將栓釘從下部蓋板的開孔置入錐形鋼板腔體中，此時栓釘頭部從上部蓋板的開孔穿出，栓釘螺帽在鋼板內部，采用固定裝置將栓釘與錐形鋼板構件固定住，然后從下部蓋板的開孔向錐形鋼板的腔體內填充混凝土，養護之后形成錐形鋼板混凝土組合栓釘。

圖2（a）和（b）分別為L形組合栓釘連接件的平面圖和立體圖，從其平面圖中可以看出組合栓釘連接件由栓釘、混凝土、L形鋼管、水平蓋板、豎向蓋板共同組成；具體的制作方式為：將L形鋼管固定，將栓釘從L形鋼管的水平端口放入鋼管內部，使栓釘的螺帽部分與鋼管的折角出現重合，即栓釘的螺帽有“勾住”鋼管的趨勢，然后固定住栓釘，將水平蓋板和豎向蓋板分別焊接于L形鋼管的水平端口和豎向端口，兩鋼板都分別留有開孔，然后從水平蓋板的開孔向L形鋼管的腔體內澆筑混凝土，養護之后形成L形鋼板混凝土組合栓釘。

2 組合栓釘的受力分析與應用研究

對組合栓釘連接件而言，錐形鋼板和L形鋼管對其內腔的混凝土具有一定的套箍作用，在套箍作用下栓釘的抗拉性能獲得一定的提高；同時，對比于單一的栓釘構件，組合栓釘由于加入了鋼管具有更大的剛度，從而使組合栓釘的抗剪切性能提高；此外，錐形組合栓釘的上部、下部蓋板和L形組合栓釘的水平、豎向蓋板可以增加構件與混凝土之間的粘結作用，也可以增大構件與鋼構件之間的焊接面積。

利用組合栓釘抗拉性能強的特點，可將其應用到承受拉力的結構中，例如：裝配式結構或鋼結構框架柱子與基礎之間的連接，大型電線桿桿腳與基礎之間的連接，大型廣告牌柱子與基礎之間的連接，公交站臺柱腳與基礎之間的連接，工業廠房柱子與基礎之間的連接，橋梁結構常用的錨箱-鋼牛腿等構件與混凝土結構之間的連接等等。

利用組合栓釘抗剪性能好的特點，可將其運用于裝配式結構梁與柱子的連接，梁與剪力墻的連接，梁與樓板之間的連接，柱子與樓板之間的連接，樓板與剪力墻之間的連接等等。

在施工方面，錐形組合栓釘連接件和L形組合栓釘連接件都具有施工方便快捷的特點。如圖3所示，從（a）圖可以看出，錐形組合栓釘可以用于豎向或水平構件之間的連接，如梁與剪力墻之間的連接，從（b）圖可以看出，L形組合栓釘可以用于豎向與水平構件之間的連接，如梁與柱子之間的連接。進行裝配式混凝土結構預制件的制作時，可將組合連接件預先設置于混凝土模板中，然后再澆筑混凝土養護成型，栓釘的埋置數量和深度可根據實際需求設計，可以使用單個組合栓釘，也可以使用多個組合栓釘制成栓釘群，增強組合栓釘的受力性能；進行裝配式鋼-混凝土結構構件的制作時，可將兩種組合栓釘分別焊接與鋼構件之上再與混凝土構件組合，也可以先將組合栓釘預先埋置與混凝土結構之中再與鋼構件焊接相連。

3 結束語

針對目前單一的栓釘連接件，本文設計了錐形和L形兩種組合栓釘連接件，并在受力性能和應用方面對其進行了探討，表明了對于單一的栓釘連接件，組合栓釘連接件的抗拉性能和抗剪性能相對有所提高，并且組合栓釘連接件施工方便快捷，對裝配式結構連接件的發展和應用有一定的借鑒意義。

參考文獻

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[9]丁發興，倪鳴，龔永智，等.栓釘剪力連接件滑移性能試驗研究及受剪承載力計算[J].建筑結構學報，2014，35（9）：98-106.

[10]Ollgaard J G，Slutter R G，Fisher J W.Shear strength of stud connectors in lightweight and normal-weight concrete[J].AISC Engineering Journal，1971，8（2）：55-64.

作者簡介：鄒傳龍（1988-），男，廣西合浦人，南寧學院助教，碩士，主要從事土木工程方面的研究。