裝配式建筑節(jié)點(diǎn)濕連接方式研究綜述

李慧嫻 張佩 張宇

摘?要：本文針對(duì)裝配式建筑在施工的過程中最為核心的部分——連接技術(shù)中的濕連接部分進(jìn)行了總結(jié)，包括規(guī)范推薦的兩種連接方式：鋼筋套筒灌漿連接、漿錨連接和新型濕連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)行了歸納和詳細(xì)介紹，通讀本論文可以了解到當(dāng)今每種濕連接技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍等相關(guān)信息，并從宏觀上把握較為完善的濕連接的具體方式。

關(guān)鍵詞：濕連接;鋼筋套筒灌漿連接;漿錨連接;新型連接節(jié)點(diǎn)

90年代中期，我國(guó)裝配式建筑技術(shù)顯著提高，全現(xiàn)澆式混凝土建筑體系已經(jīng)逐漸取代了預(yù)制裝配式混凝土建筑。預(yù)制構(gòu)件的連接技術(shù)是裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵、核心的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》推薦的鋼筋套筒灌漿連接和鋼筋漿錨搭接兩大濕連接方式，另外本文還介紹了一些新型濕連接的方式。

一、濕連接技術(shù)簡(jiǎn)介

我國(guó)目前常用的裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的施工方式，梁連接方式主要有濕連接和干連接兩種，相對(duì)于干連接，現(xiàn)階段濕連接運(yùn)用更為廣泛。

“濕”連接是指預(yù)制梁、柱或T形構(gòu)件在接合部利用鋼筋連接或錨固的同時(shí)，通過現(xiàn)澆混凝土連接成整體框架的連接方式。由于需通過現(xiàn)澆混凝土連接，所以被稱之為濕連接。框架結(jié)構(gòu)濕連接常見的連接方式有預(yù)制梁在梁柱節(jié)點(diǎn)連接、預(yù)制梁跨中連接和預(yù)制T形構(gòu)件的連接，而剪力墻結(jié)構(gòu)的濕式連接方式則具體發(fā)展為現(xiàn)澆帶連接、套筒灌漿連接和預(yù)留孔灌漿搭接等方法。

二、鋼筋套筒灌漿連接

20世紀(jì)60年代，余占疏（Alfred A.Yee）[1]在美國(guó)發(fā)明了鋼筋套筒灌漿連接接頭（以下簡(jiǎn)稱“套筒灌漿接頭”）解決了裝配式結(jié)構(gòu)中的縱向鋼筋連接問題。套筒灌漿接頭由套筒、灌漿料和鋼筋三個(gè)部分構(gòu)成，在鋼筋連接時(shí)注入快硬無(wú)收縮灌漿料，依靠材料之間的黏結(jié)咬合作用連接鋼筋與套筒。

（一）灌漿套筒接頭的工作機(jī)理

鋼筋套筒灌漿連接的基本原理是：鋼筋從兩端開口通過鑄造的中空型套筒穿入套筒內(nèi)部，不需搭接，鋼筋與套筒間填充高強(qiáng)微膨的結(jié)構(gòu)性砂漿，協(xié)助鋼筋完成續(xù)接。鋼筋通過砂漿受到套筒的圍束作用，再加上自身的微膨脹特性，使其與套筒內(nèi)側(cè)間的正向作用力增大，從而產(chǎn)生摩擦力，進(jìn)而傳遞鋼筋應(yīng)力。

（二）灌漿套筒接頭的分類

灌漿套筒是通過灌漿料與鋼筋間的粘結(jié)作用來進(jìn)行構(gòu)件傳力的金屬套管，它能很好地解決裝配式結(jié)構(gòu)中縱向鋼筋連接的問題。套筒灌漿接頭所使用的套筒一般由球墨鑄鐵或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鑄成，大多為圓柱形或紡錘形。灌漿套筒按接頭的形式分為半灌漿套筒連接和全灌漿套筒連接，其中全灌漿套筒連接在實(shí)際工程中的應(yīng)用更為廣泛。

全灌漿套筒連接基本原理是使用高強(qiáng)鋼或者合金鋼鑄造的中空型套筒來連接上下兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件。在使用過程中，上下兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件中的鋼筋分別插入套筒中，然后通過套筒上的灌漿孔灌入高強(qiáng)微膨的灌漿料來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件的連接。全灌漿套筒連接具有施工方便，施工高效快捷等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用最廣泛的一類套筒灌漿接頭形式。

（三）套筒灌漿接頭的破壞模式

套筒灌漿接頭還有另外三種破壞模式：

1）鋼筋拔出破壞：由于鋼筋-灌漿料結(jié)合面在鋼筋拉斷前失效造成，通過增大鋼筋錨固長(zhǎng)度可以避免此類破壞;

2）灌漿料拔出破壞：由于灌漿料-套筒結(jié)合面在鋼筋拉斷前失效造成，可通過適當(dāng)配置剪力鍵避免;

3）灌漿料劈裂破壞：灌漿料強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致接頭鋼筋拉斷前發(fā)生;

套筒強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致接頭鋼筋拉斷前發(fā)生套筒拉斷破壞。

（四）套筒灌漿接頭的施工方式

在施工前，套筒需預(yù)先埋入構(gòu)件的連接端，到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，將另一個(gè)連接構(gòu)件的外露鋼筋插入套筒，然后進(jìn)行安裝定位，最后通過灌漿連接鋼筋。與其他機(jī)械連接方式相比，此種連接方式中鋼筋預(yù)加工的工作量減小、現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)鋼筋不會(huì)產(chǎn)生二次應(yīng)力和變形、允許產(chǎn)生施工偏差。

三、鋼筋漿錨搭接連接

相比于套筒灌漿的連接方式，漿錨連接方式更適應(yīng)國(guó)內(nèi)的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系。其基本原理是在搭接區(qū)段，將兩根受力方向不同的鋼筋間隔開一段距離，分別與混凝土進(jìn)行錨固，通過混凝土傳力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼筋間應(yīng)力的傳遞。

（一）插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋連接

2008年，我國(guó)學(xué)者首創(chuàng)了插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋連接方式，適用于預(yù)制混凝土建筑，大大促進(jìn)了其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。該連接方式是在預(yù)制混凝土構(gòu)件預(yù)埋鋼筋下端的一側(cè)，預(yù)留一個(gè)內(nèi)壁粗糙（多為螺紋狀或螺旋狀，目的是提高后加入的灌漿料與周圍混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度）的孔洞，該孔洞上下分別預(yù)留有排氣孔和灌漿孔，其外圍配有螺旋箍筋（提供橫向約束，提高節(jié)點(diǎn)的承載能力），三者彼此連通。在預(yù)制混凝土構(gòu)件安裝時(shí)，將連接用的鋼筋插入孔內(nèi)至預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，然后通過與該空洞相連的灌漿孔和排氣孔向內(nèi)注入灌漿料，最后經(jīng)過凝結(jié)硬化，預(yù)埋鋼筋和另一根連接鋼筋即連接在了一起，實(shí)現(xiàn)了預(yù)留孔洞插筋后灌漿的間接搭接連接方式。經(jīng)過國(guó)內(nèi)多位學(xué)者試驗(yàn)表明，應(yīng)用該連接方式的剪力墻與現(xiàn)澆剪力墻相比，抗震性能明顯提高。

（二）金屬波紋管漿錨搭接連接

金屬波紋管漿錨鋼筋間接搭接連接的基本原理是在上層預(yù)制混凝土構(gòu)件中預(yù)埋金屬波紋管，然后在施工時(shí)將下層預(yù)制混凝土構(gòu)件伸出連接鋼筋插入到金屬波紋管中，再灌入高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料，最后經(jīng)過養(yǎng)護(hù)完成錨固連接。但目前該連接技術(shù)尚不成熟，仍需進(jìn)一步探索，從而獲得完善的理論支撐與完備的設(shè)計(jì)方法。

四、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)濕連接新型連接節(jié)點(diǎn)

（一）鋼絞線錨入式預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)

管東芝等在世構(gòu)體系基礎(chǔ)上，提出了一種鋼絞線錨入式預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)。預(yù)制梁下半部分采用先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁形式，梁上部同樓板一起進(jìn)行疊合現(xiàn)澆;梁端預(yù)留箍筋進(jìn)一步加密，間距一般為50mm的鍵槽;絞線端部通過壓花機(jī)形成壓花錨，在鍵槽內(nèi)部分和伸出預(yù)制梁部分為無(wú)預(yù)應(yīng)力段;下部架立筋采用普通帶肋鋼筋，鍵槽端面處增設(shè)一段局部無(wú)黏結(jié)段。構(gòu)造形式如圖1所示。節(jié)點(diǎn)拼裝時(shí)，帶壓花錨的鋼絞線根據(jù)錨固長(zhǎng)度需要，可伸入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)或?qū)γ骖A(yù)制梁的鍵槽內(nèi)錨固，附加兩端帶擴(kuò)大頭的直鋼筋;通過后澆混凝土實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)的整體連接。節(jié)點(diǎn)拼裝示意圖如圖2所示。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究證明，該種節(jié)點(diǎn)連接具有造價(jià)低廉，材料節(jié)省，施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，而且由于附加直鋼筋的存在，節(jié)點(diǎn)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性明顯提高，從而有利于增強(qiáng)鋼絞線錨入式新型預(yù)制混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能，所以說這種新型連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用前景廣闊。

（二）裝配式FRP筋混凝土節(jié)點(diǎn)

劉志威針對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在沿海等惡劣環(huán)境中鋼筋腐蝕嚴(yán)重的問題，提出將預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋替換成FRP筋，有限元建模分析表明，配筋相同情況下，采用FRP筋的裝配式梁-柱節(jié)點(diǎn)，其承載力較低，可通過提高配筋率的措施予以改善。

結(jié)合FRP筋的性質(zhì)，劉志威提出了適合預(yù)制FRP筋混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式，如圖3所示。柱為預(yù)制柱，梁為預(yù)制U型梁，其中下半部分為預(yù)制，上半部分為現(xiàn)澆。梁縱筋用套筒、綁扎或膠結(jié)的形式連接。一些情況下縱筋也可做成彎鉤。另外為增強(qiáng)FRP筋與混凝土之間的粘結(jié)性能，主筋表面均做粘砂處理;為保證新老混凝土的粘結(jié)力，對(duì)預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分的水平結(jié)合面做人工粗糙面等。

劉志威提出的裝配式FRP筋混凝土節(jié)點(diǎn)最大的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性，因此特別適用于對(duì)于海島工程結(jié)構(gòu)。在海水等腐蝕環(huán)境中，使用裝配式FRP筋混凝土將更有利于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定與安全。同時(shí)，使用裝配式的結(jié)構(gòu)類型，可以克服FRP筋在現(xiàn)場(chǎng)加工的問題，具有施工不受氣候條件影響、工期短、節(jié)省模板等優(yōu)點(diǎn)。而其承載力較低的缺點(diǎn)，可通過提高配筋率的措施予以改善。

（三）新型裝配式鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土梁框撐體系

李正良等結(jié)合裝配式建筑和鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁組合框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，提出了裝配式方鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁組合框撐體系。框撐體系是一種以方鋼管混凝土柱、帶工字型鋼接頭的鋼筋混凝土梁以及圓鋼管混凝土斜撐為主要承力體系的新型裝配式結(jié)構(gòu)體系。此種體系的大部分構(gòu)件均可在工廠預(yù)制，僅有少部分混凝土構(gòu)件需現(xiàn)場(chǎng)施工。且通過試驗(yàn)分析證明：該體系特殊的結(jié)構(gòu)形式可以保證梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的強(qiáng)度、延性及連接可靠性，使得節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的承載能力高于與其相連構(gòu)件的承載能力，形成具有“強(qiáng)鋼管混凝土柱-弱鋼筋混凝土梁”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)-弱構(gòu)件”失效路徑的結(jié)構(gòu)體系。

五、結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)濕連接的多種連接節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理和其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了介紹，總體來看，灌漿套筒連接在現(xiàn)在的裝配式建筑中應(yīng)用最為廣泛，漿錨連接技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，新型裝配式連接節(jié)點(diǎn)的開發(fā)多是對(duì)應(yīng)不同的特殊地質(zhì)環(huán)境或者特定結(jié)構(gòu)處，可以根據(jù)施工時(shí)的不同情況予以采用。但是，也不難看出，每種節(jié)點(diǎn)連接都存在著一定的缺陷，使用時(shí)會(huì)受到技術(shù)、材料等多種條件的限制，甚至部分指標(biāo)要求不明確，這些都反映了我國(guó)的裝配式建筑研究還不夠完善，需要繼續(xù)加大研發(fā)力度，完善相關(guān)的技術(shù)規(guī)程。只有解決了這些問題，預(yù)制裝配式混凝土建筑才能在今后更好更健康的發(fā)展，形成真正的工業(yè)化建筑產(chǎn)業(yè)。

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