裝配式結(jié)構(gòu)組合栓釘連接件設(shè)計與應(yīng)用分析

摘 要：為了研究裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件與構(gòu)件之間的新型連接方式，分別設(shè)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(jìn)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(diǎn)從施工的角度介紹了組合連接件的應(yīng)用方法，為裝配式結(jié)構(gòu)在連接方面提供了新的參考。

關(guān)鍵詞：連接件；栓釘；裝配式結(jié)構(gòu)；連接設(shè)計

前言

近些年，以現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主要代表的建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展迅猛，該類型的結(jié)構(gòu)具有整體性能好，抗震性能好，剛度大，耐火性能好等優(yōu)點(diǎn)，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(xiàn)場作業(yè)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)[1-2]；于是裝配式結(jié)構(gòu)受到廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展，其是指用預(yù)制的構(gòu)件在工地裝配而成的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是受氣候影響小，施工周期短，節(jié)約勞動力并可提高建筑質(zhì)量[3-4]。2016年中央文件指出：要發(fā)展新型建造方式；大力推廣裝配式建筑，減少建筑垃圾和揚(yáng)塵污染，縮短建造工期，提升工程質(zhì)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(dá)到30%[5]。裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)梁和柱子、樓板與梁等制構(gòu)件與構(gòu)件之間連接的好壞是建筑成品好壞的關(guān)鍵，通過連接件對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)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(yàn)方法研究了竹-混凝土組合結(jié)構(gòu)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(jìn)行了研究；丁發(fā)興[9]采用推出試驗(yàn)對10個栓釘連接件進(jìn)行分析并建立了相應(yīng)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(jìn)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(jié)構(gòu)組合栓釘連接件進(jìn)行設(shè)計，并探討其應(yīng)用。

1 組合栓釘連接件設(shè)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(biāo)構(gòu)件上，但對于混凝土結(jié)構(gòu)而言，其加工較為復(fù)雜。針對混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，本文設(shè)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(shè)置開孔，其中上部蓋板的開孔與栓釘?shù)闹睆较喈?dāng)，下部蓋板的開孔較栓釘?shù)撞康穆菝鄙源螅F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(nèi)部，采用固定裝置將栓釘與錐形鋼板構(gòu)件固定住，然后從下部蓋板的開孔向錐形鋼板的腔體內(nèi)填充混凝土，養(yǎng)護(hù)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(nèi)部，使栓釘?shù)穆菝辈糠峙c鋼管的折角出現(xiàn)重合，即栓釘?shù)穆菝庇小肮醋　变摴艿内厔荩缓蠊潭ㄗ∷ㄡ?，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(nèi)澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)之后形成L形鋼板混凝土組合栓釘。

2 組合栓釘?shù)氖芰Ψ治雠c應(yīng)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(nèi)腔的混凝土具有一定的套箍作用，在套箍作用下栓釘?shù)目估阅塬@得一定的提高；同時，對比于單一的栓釘構(gòu)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?shù)目辜羟行阅芴岣?；此外，錐形組合栓釘?shù)纳喜?、下部蓋板和L形組合栓釘?shù)乃健⒇Q向蓋板可以增加構(gòu)件與混凝土之間的粘結(jié)作用，也可以增大構(gòu)件與鋼構(gòu)件之間的焊接面積。

利用組合栓釘抗拉性能強(qiáng)的特點(diǎn)，可將其應(yīng)用到承受拉力的結(jié)構(gòu)中，例如：裝配式結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)框架柱子與基礎(chǔ)之間的連接，大型電線桿桿腳與基礎(chǔ)之間的連接，大型廣告牌柱子與基礎(chǔ)之間的連接，公交站臺柱腳與基礎(chǔ)之間的連接，工業(yè)廠房柱子與基礎(chǔ)之間的連接，橋梁結(jié)構(gòu)常用的錨箱-鋼牛腿等構(gòu)件與混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接等等。

利用組合栓釘抗剪性能好的特點(diǎn)，可將其運(yùn)用于裝配式結(jié)構(gòu)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(diǎn)。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(gòu)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(gòu)件之間的連接，如梁與柱子之間的連接。進(jìn)行裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制件的制作時，可將組合連接件預(yù)先設(shè)置于混凝土模板中，然后再澆筑混凝土養(yǎng)護(hù)成型，栓釘?shù)穆裰脭?shù)量和深度可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)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(qiáng)組合栓釘?shù)氖芰π阅?；進(jìn)行裝配式鋼-混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作時，可將兩種組合栓釘分別焊接與鋼構(gòu)件之上再與混凝土構(gòu)件組合，也可以先將組合栓釘預(yù)先埋置與混凝土結(jié)構(gòu)之中再與鋼構(gòu)件焊接相連。

3 結(jié)束語

針對目前單一的栓釘連接件，本文設(shè)計了錐形和L形兩種組合栓釘連接件，并在受力性能和應(yīng)用方面對其進(jìn)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(jié)構(gòu)連接件的發(fā)展和應(yīng)用有一定的借鑒意義。

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