預制剪力墻水平拼縫處單排搭接鋼筋受力傳遞分析

潘尚杰

安徽建筑大學土木工程學院 安徽 合肥 230022

引言

傳統建筑行業不斷升級，住宅產業化和工業化大勢所趨，裝配式構成為了一種迎合時代要求的一種結構體系。結構體系設計簡單，施工方便快捷，得到國家和地方大力支持。近年來，國內外專家、學者在疊合板式剪力墻結構的力學性能方面進行了深入研究并取得重大研究成果。連星等[1]設計4組疊合板式剪力墻試驗和2組現澆剪力墻試驗，對比發現疊合板式剪力墻中現澆部分與預制部分可以有效地協同工作。Rizkalla.S.H等[2]通過理論計算和試驗對預制混凝土剪力墻結構中水平接縫的抗剪能力進行了相關研究證明，水平接縫連接處的剪力主要受墻板與墻板接觸面間的摩擦力和連接構造形式的影響。本文為研究疊合板式剪力墻水平拼縫處搭接鋼筋受力傳遞效果，設計了單排布置鋼筋搭接試件，通過鋼筋拉拔試驗來評估此搭接方式的可靠性和實用性。

1 試驗概況

1.1 試件設計

圖1 水平拼縫鋼筋單排搭接方式

圖2 構件尺寸圖

水平拼縫處搭接鋼筋的不同構造措施可分為雙排插筋布置和單排插筋布置，如圖1。本試驗根據此兩種插筋布置方式設計單排布置搭接鋼筋試件，試件由預制層，現澆層和搭接鋼筋組成，設計試件尺寸如圖2所示，其中鋼筋選用HRB400級，其中現澆層與預制層中鋼筋直徑分別為16mm，12mm。混凝土選用C30級混凝土。

1.2 試件制作

本次試驗主要研究搭接鋼筋在混凝土中應力應變傳遞性能，試件中鋼筋應變片位置見圖3。將搭接鋼筋放入特質鋼模中，搭接鋼筋受力兩端伸出鋼模300mm，應變片導線從構件頂部伸出。澆筑混凝土，先澆筑預制部分，養護7d后澆筑現澆部分，養護28d。試件制作圖，見圖4。

圖3 應變片位置

圖4 搭接試件制作

1.3 試驗方案

試驗采用單向拉伸的方法進行鋼筋搭接性能研究。將試件搭接鋼筋上端搭接鋼筋通過錨具與拉拔儀器上端轉接件連接，下端縱向受拉鋼筋通過錨具與儀器下橫梁固定。加載裝置及試件安裝如圖5。加載速度根據相關規范[3]，加載按6kN/min的速度進行。在加載過程中，注意觀察和記錄試件表面混凝土裂縫開展情況，記錄搭接鋼筋的屈服荷載和極限荷載，直至鋼筋被拉斷或試件劈裂。

圖5 加載裝置

2 試驗結果與分析

2.1 試驗現象

3個搭接鋼筋試件在試驗加載初期，試件表面一般沒有明顯變化。加載至鋼筋即將屈服時，鋼筋與混凝土接觸點開始出現裂縫。隨著力的加載，裂縫開始沿著試件頂部向兩側延伸，并開始有部分混凝土破碎。達到鋼筋屈服荷載后，裂縫進一步擴大。其中，3組單排搭接試件中，2組試件上端搭接鋼筋被拔斷，下端鋼筋與混凝土接觸面發生小破壞；1組試件上端鋼筋與混凝土接觸點出現裂縫，下端發生劈裂破壞。試件部分破壞形態見圖6。

圖6 單排搭接試件破壞形態

2.2 試驗結果分析

試驗結果匯總見表1，各試件荷載位移曲線見圖7

表1 搭接鋼筋試件試驗結果匯總

圖7 試件位移荷載曲線

對比分析各個試件在加載過程中的表現和破壞狀態，可以得出以下規律：

單排搭接試件由于上端搭接鋼筋位于現澆層中間位置，混凝土對鋼筋的保護作用良好，試件上端發生的破壞較小，出現細微的混凝土破碎。而兩組試件上端搭接鋼筋被拉斷，經測量，破壞位置在混凝土上端向內50mm處，此位置是試件上端應變片所在位置，鋼筋拉斷是由于貼放應變片時對鋼筋此處進行打磨整平，導致鋼筋此處發生一定損傷。

3組試件下端都出現不同程度的斜拉破壞，主要是因為預制板中縱向受拉鋼筋的保護層厚度較少，導致鋼筋的混凝土的保護層厚度不足。當試件受力時，試件下端鋼筋受到反力的作用，鋼筋向四周傳力，此時由于最外層混凝土厚度較低，鋼筋外側的混凝土壓力不斷增大最后發生破壞。

3 鋼筋應力應變分析

取試件上端與中部位置應變片進行分析，各試件荷載應變曲線如圖8，可以得出大致規律，試件在加載初期，上端搭接鋼筋在混凝土內50mm處應變不斷增長，這是由于上端搭接鋼筋受向上的拉力引起的；上端與之對應預制層中的鋼筋在此處應變無明顯變化；試件中間位置鋼筋應變也沒有明顯的變化趨勢。

當試件加載逐漸至屈服，此時試件上端50mm處受到拉力的鋼筋應變增長變快，應力向混凝土擴散。與之對應的鋼筋位置雖然受到混凝土應力變化出現應變增長的趨勢，但應變值均很小。可以認為，由于帶肋鋼筋與混凝土之間存在鋼筋與混凝土接觸面上的黏結應力；混凝土收縮握裹鋼筋產生的摩阻力以及帶肋鋼筋嵌入混凝土產生的機械咬合力，當兩端鋼筋受拉時，受力鋼筋產生的應力主要被該層的混凝土吸收，傳遞至預制層或現澆層的應力較低。在試件達到屈服后，鋼筋受力的作用，應力向受力方向傳遞，傳遞至試件中間位置，應力越來越少。

圖8 各試件荷載應變曲線

4 結束語

（1）3組試件都發生一定破壞，受拉破壞的位置大致相同，試件下端都出現不同程度的斜拉破壞，主要是因為預制板中縱向受拉鋼筋的保護層厚度較少。

（2）試件中受拉鋼筋的應變變化明顯，由于鋼筋與混凝土之間存在鋼筋與混凝土接觸面上的黏結應力；混凝土收縮握裹鋼筋產生的摩阻力以及帶肋鋼筋嵌入混凝土產生的機械咬合力，當鋼筋受拉時，受力鋼筋產生的應力主要被該層的混凝土吸收，傳遞至預制層或現澆層的應力較低，所以對應鋼筋位置應力傳遞較少；鋼筋應力隨拉力作用向另一端傳遞，傳遞至試件中間位置的應力較低。