裝配整體式剪力墻結構預制構件的連接方式分析

福建省雄盛建筑工程有限公司，福建 莆田 351100

0 引言

預制裝配式結構滿足整體建筑安全性、使用性需求，結構具備較好的適用性和耐久性［1］。但由于預制構件在構件制作和連接方式上缺乏系統化研究，抗震性能不足，使得預制構件在一段時間內并未獲得較大發展。隨著技術水平的進步，通過施工工藝的改良，有效提高預制構件滲水、保溫性和抗震性問題，實現預制混凝土在建筑結構中廣泛應用［2］。基于此，本文通過建立有限元模型來模擬預制構件在不同連接方式下的受力狀態和穩定性特征，并對影響各連接工況的相關因素進行分析來指導實際施工作業。

1 預制構件模型構建

1.1 結構特征

裝配整體式剪力墻結構與現澆剪力墻結構相似。模型試件主要由上部頂梁，下部基礎梁以及連接上下部的剪力墻主體部分構成。頂梁與頂梁部分主要實現剪力墻的嵌固，當外荷載作用于頂梁時，荷載通過頂梁傳遞給主剪力墻。底梁主要用于固定頂梁和剪力墻，作為一種剛性構件，底梁同時提供構件部分的整體約束力。

1.2 模型構建

不同的連接構建具有類似的結構特征，主要區別在裝配接觸面以及連接方式上的差異。基于此，本文針對不同的接觸面和連接方式建立三種不同的連接試件，即現澆試件A、套筒灌漿連接件B 以及預應力連接件C，并建立起三種連接件的數值模型。預制剪力墻現澆構件模型墻片長×厚×高為1500×240×2800mm，頂梁幾何尺寸為1500×280×280mm；下梁尺寸為2800×550×550mm。試件混凝土為C30，灌漿混凝土為C80，鋼筋為HRB400，最小配筋率0.55%。套筒灌漿連接件幾何尺寸與標準件相同，其中豎向鋼筋連接構件伸出底梁100mm，采用14Φ16HAB400 鋼筋連接。預應力連接件采用20根直徑為7mm的消除應力鋼絲，預應力筋設置在箍筋正中心處。

2 影響因素分析

圖1 不同連接方式系的骨架曲線圖

（1）連接方式。在參數相同的情況下，比較整體現澆與套筒灌漿連接以及預應力筋連接3 種連接方式下骨架曲線如圖1所示。可以看出，現澆結構骨架曲線有三個典型階段：彈性階段、屈服階段和下降階段，骨架曲線更為平順，并且承載力相對其他連接方式最高，在承載力方面具有明顯優勢。套筒連接骨架相較于現澆結構較為接近，且二者的應力應變云圖也相似，但套筒連接荷載下降較快，所承受的屈服荷載和極限荷載相對于現澆連接較小。預應力筋的連接方式屈服荷載最低，斜率變化速率最快，表明承載力隨位移的增加并未得到明顯提高，僅僅只是緩慢上升。因此，通過對比三種不同連接方式下的骨架曲線可以看出，在同等參數條件下采用套筒灌漿方式更有利于預制裝配結構連接的骨架穩定性。

（2）配筋率。套筒灌漿連接與整體現澆最為接近。墻片豎向配筋采用直徑為16mm 的HRB400 型號的鋼筋，配筋率為0.78%。在保證墻身豎向鋼筋分布一定的情況下，比較分析不同鋼筋直徑對套筒灌漿連接件的承載力，如圖2 所示為三種不同鋼筋直徑下的模型承載力。通過對比分析采用套筒連接的裝配式剪力墻，為達到現澆墻片的承載力，可通過提高配筋率來實現，但配筋率的增加會增加建設成本。

圖2 不同配筋率下的套筒灌漿荷載曲線

同樣，采用直徑14Φ16HRB400 配筋，改變連接鋼筋的分布形式，在基底梁連接中重設連接鋼筋，按0.78%的初始配筋率進行配筋，如圖4 所示進行連接鋼筋的分布重設，連接鋼筋和配筋率分別為8Φ18，配筋率0.56%；8Φ22，配筋率0.84%；8Φ25，配筋率1.1%。獲得不同鋼筋分布下的骨架曲線。

（3）混凝土強度。預制構件中的主要材料為鋼筋和混凝土，因此，混凝土性能對于剪力墻結構預制構件的抗壓強度、承載能力都有較大影響。因此本節分析不同等級混凝土下不同預制構件水平承載力變化。依次選擇C30、C40 和C50 三種混凝土分析不同預制構件下的荷載—位移變化曲線。如圖3 所示，可以看出，隨著混凝土強度的提高，三種試件模型屈服荷載緩慢增大，表明混凝土等級的提高能夠改善墻片承載力，而屈服位移呈一段水平變化曲線，并未發生較大改變，表明屈服位移受混凝土強度的影響相對較小。當混凝土強度等級超過C40 后，極限位移突然下降，這是因為隨著混凝土等級的提高，延性下降，脆斷性越大，混凝土的抗變形能力減弱。綜合分析可以看出，通過提高混凝土強度來改善構件的承載能力作用有限，在實際生產中，建議優先采取配筋率和鋼筋分布來提高連接構件的承載力。

圖3 不同等級混凝土荷載及位移曲線

3 結論

（1）現澆連接工況距離墻片底端20cm 處產生最大塑性變形，豎向鋼筋在塑性變形最大處的受力約380MPa，進入材料的屈服階段；套筒連接工況下在墻片底部40～50cm間產生最大位移，底梁中部豎向連接鋼筋應力最大；預應力筋連接工況下墻片底部出現最大應變，位移底梁預應力筋承受最大應力。

（2）現澆結構骨架曲線平順，承載力最高，套筒連接承受的屈服荷載和極限荷載相對較小，預應力筋屈服荷載最低。隨著配筋率的提高，構件的最高承載能力隨之增長，屈服荷載和極限荷載提高不大；隨著混凝土強度的提高，三種連接工況下的墻片承載力均得到提高，而屈服位移并未發生較大改變，表明屈服位移受混凝土強度的影響相對較小。

（3）相同參數下，采用套筒灌漿方式更有利于預制裝配結構連接的骨架穩定性，并可通過提高結構配筋率或采用高強度的混凝土才來提高墻片的承載力。