裝配式樓蓋板縫連接節(jié)點(diǎn)研究與應(yīng)用分析

陳浩+龐瑞+付豪+馬致遠(yuǎn)+黃路環(huán)+曹建磊

摘 要：樓蓋結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響到結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在裝配式混凝土樓蓋中，樓蓋的隔板作用主要由板縫的連接部分提供，其受力性能將對樓蓋水平隔板作用產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律。該文對國內(nèi)外現(xiàn)有幾種典型節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行了介紹，分析了它們的特點(diǎn)和共性，闡述了現(xiàn)階段裝配式樓蓋板縫連接節(jié)點(diǎn)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了有待繼續(xù)研究的關(guān)鍵問題和發(fā)展方向，希望能為裝配式樓蓋的研究與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：裝配式樓蓋 板縫處理 連接形式 連接件

中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（c）-0068-04

Abstract： Floor structure is an important part of building structure， directly affect the structure reliability and economy. In prefabricated concrete floor， the floor of the connection part of the partition function is mainly composed of joints， its mechanical performance will have important impact on floor level clapboard， which affect the whole structure seismic response law. At home and abroad in this paper， several typical nodes existing forms are introduced， analyzed their characteristics and commonness， this paper expounds the current research and application of precast floor plate seam connection node status quo， discusses the key problems of remains to be continue to research and development direction， hoping to provide reference for the research and application of precast floor.

Key Words： Precast floor； Ate joint processing； Connection from； Fittings

1 樓蓋的應(yīng)用形式

現(xiàn)有的樓蓋結(jié)構(gòu)形式按施工方法大致分為兩類：現(xiàn)澆式樓蓋體系和預(yù)制式樓蓋體系?，F(xiàn)澆式樓蓋體系因有較好的整體性和平面內(nèi)剛度，常被用于對抗震和防滲要求較高的建筑中去，但其施工速度慢、受天氣影響大、占用場地較多等問題隨著社會(huì)的發(fā)展而日益尖銳。預(yù)制式樓蓋體系分為裝配整體式和全裝配式。裝配整體式樓蓋，又分為濕式樓蓋和混合式樓蓋，其做法分別是將各預(yù)制梁板現(xiàn)場吊裝后，通過整結(jié)措施和現(xiàn)澆混凝土構(gòu)成整體，其較全裝配式樓蓋有較好的整體性與平面內(nèi)剛度，但濕式樓蓋和混合式樓蓋因其保留現(xiàn)澆式樓蓋的部分缺點(diǎn)，限制了預(yù)制RC技術(shù)的推廣與應(yīng)用[1]。而全裝配式樓蓋是由預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場安裝連接而成，有節(jié)約勞動(dòng)力、施工污染少、施工周期短、綠色環(huán)保、便于工業(yè)化和機(jī)械化施工等優(yōu)點(diǎn)。

全裝配式樓蓋又稱干式樓蓋，它有其獨(dú)特的優(yōu)越性。但全裝配式樓蓋剛度有限，不能視為剛性樓蓋，目前仍然缺少合適的抗震設(shè)計(jì)與提升其平面剛度的方法。全裝配式混凝土樓蓋中，樓蓋的隔板作用主要由板縫連接件提供，其受力性能將對樓蓋水平隔板作用產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律[2]。研究[3]表明，全干式混凝土樓蓋板縫節(jié)點(diǎn)在水平地震作用下將處于極為復(fù)雜的復(fù)合受力狀態(tài)。在較大的地震作用下，相較于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)， 裝配式結(jié)構(gòu)的破壞仍然較為嚴(yán)重。地震作用下連接件是重要的耗能構(gòu)件，合理的板縫節(jié)點(diǎn)連接方式能有效提高樓蓋剛度和抗震性能，因此，裝配式建筑板縫節(jié)點(diǎn)連接方式的研究有著重要的意義。

2 樓蓋板縫節(jié)點(diǎn)連接形式

為揭示全干式混凝土樓蓋板縫節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理，40多年來國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量的研究。目前板縫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式有現(xiàn)澆連接、灌漿拼裝、焊接連接、螺栓連接等，有的已經(jīng)取得長足的進(jìn)步，具備較大的平面內(nèi)剛度和較好的抗震性能。下面就具體情況進(jìn)行闡述。

2.1 雙T板樓蓋板縫連接

預(yù)制預(yù)應(yīng)力雙T板由寬大的面板和兩根窄而高的肋組成，做到了梁板合一。目前，有多種雙T板縫連接件，現(xiàn)有的做法有“濕式”連接，即在預(yù)制板端連接處做配筋后澆層；“干式”連接，直接用機(jī)械連接件焊連；混合連接，集前兩種連接于一體，連接中既有機(jī)械連接件又有混凝土后澆層，如圖1所示。

在歐美國家，雙T板中主要使用預(yù)制裝配式樓蓋分離式機(jī)械連接件進(jìn)行連接，這與全干式樓蓋DCNPD的連接方式相同，其連接件也相同。板與板依靠板縫連接件傳遞剪力和彎矩，板縫連接件是樓蓋平面內(nèi)剛度的重要保障，合理的連接件形式對提高樓蓋的整體性和抗震性至關(guān)重要。下面我們整理了彎翼式、丁字架式、專利式、發(fā)卡式、蓋板式、焊板式等代表性的機(jī)械連接件，如圖2所示。其中發(fā)卡式、蓋板式是用鋼筋、鋼板制作成的一類預(yù)埋式連接件。焊板式和發(fā)卡式是美國新建雙T板樓蓋工程中應(yīng)用最為普遍的兩種抗剪連接件形式[2]。而彎翼式連接件由厚度為4.8 mm的鋼條、長度為762 mm的鋼絲組成，其中，鋼條彎折后形狀與發(fā)卡式連接件相似，鋼絲從兩肢翼板末端穿過，其作用是澆注混凝土后，為其提供足夠的錨固作用。這種連接件由威斯康辛州大學(xué)設(shè)計(jì)，較常用于翼緣厚度約為51 mm或是102 mm的雙T板中[4]。丁字架式連接件是由兩根長度為406 mm的錨筋與一塊丁字鋼組成。其中，丁字鋼的翼緣與雙T板翼緣板側(cè)平行，相當(dāng)于大頭釘式連接件（發(fā)卡式連接件）的錨板，兩根錨筋成45°并通過斜角閃光焊與丁字鋼腹板下部進(jìn)行焊接。這種連接件較常用于翼緣厚度約為102 mm的雙T板中丁字架式連接件。專利連接件包括JVI連接件、vector連接件、M&A連接件等，這些連接件是由預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)商發(fā)明，并通過一定試驗(yàn)對其受力性能進(jìn)行研究，其中大部分連接件通過在上述介紹的連接件構(gòu)造基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。這些連接件為了提高連接能力都伸入板件，有較好的錨固性能和傳力性能[5]。在連接件設(shè)計(jì)計(jì)算方法方面，應(yīng)該以錨筋的屈服作為連接件破壞的標(biāo)志，來實(shí)現(xiàn)錨筋延性受拉破壞機(jī)理。而連接件很容易破壞，為了避免其過早破壞，鋼板、嵌條焊縫等應(yīng)進(jìn)行超強(qiáng)設(shè)計(jì)[6]。而在應(yīng)用時(shí)應(yīng)分析用哪種方式受力適合具體情況，更簡、便快、捷方便和經(jīng)濟(jì)。

2.2 疊合板樓蓋板縫連接

疊合板具有承載能力高、整體性好、節(jié)約模板等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在應(yīng)用較多的雙向疊合板板縫連接方式主要是將原來單向受力的疊合預(yù)制底板中的橫向構(gòu)造鋼筋改為受力鋼筋伸出板邊，并利用板側(cè)拼縫和后疊合層實(shí)現(xiàn)橫向傳力，實(shí)現(xiàn)雙向受力，提高其承載力和剛度，減小撓度和裂縫。疊合板板縫連接一般做法是將橫向鋼筋以45°彎折伸出，然后錨固于疊合層混凝土中，如圖3所示。 但是該做法連接處裂縫轉(zhuǎn)角較大，導(dǎo)致樓蓋的整體性能較差?，F(xiàn)今一些學(xué)者研究提出來新的板縫連接方式，如圖4所示。新的板縫連接方式加大了拼縫寬度，相鄰預(yù)制板板側(cè)伸出的鋼筋能有一段搭接長度以實(shí)現(xiàn)鋼筋間的應(yīng)力傳遞，利于抗剪。并減小外伸鋼筋彎折的角度為30°或以下，保證以足夠的錨固長度，使來自兩側(cè)板中鋼筋的應(yīng)力能夠平穩(wěn)地過渡[7]。與整體板比較，拼縫處應(yīng)變集中，所以應(yīng)對板縫進(jìn)行配筋加強(qiáng)并采取合理的構(gòu)造方式，利用疊合板側(cè)向拼縫處的傳力性能，變單向板為雙向板受力狀態(tài)，來提高疊合板的承載力、減小撓度變形和控制裂縫。

2.3 預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋板縫連接

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展已有幾十年的歷史，空心樓蓋技術(shù)可廣泛適用于大跨度、大空間、大荷載的建筑中。與傳統(tǒng)技術(shù)相比較，可節(jié)省混凝土量，降低綜合造價(jià)，其主要用于橋梁、閱覽室、商場、大開間住宅等項(xiàng)目，全國已有幾千萬平方米的建筑采用了該結(jié)構(gòu)體系。合理的板縫處理方式對提高預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)抗震性能至關(guān)重要[8]。傳統(tǒng)的板縫連接方式如圖5所示，板側(cè)面的凹槽，加強(qiáng)預(yù)制板和后澆帶的咬合力，鋼筋混凝土后澆帶提高了平面剛度，加強(qiáng)了樓蓋整體性，配筋方式根據(jù)需要可采用單肢箍或雙肢箍方式，圖5為雙肢箍方式。然而傳統(tǒng)的板縫連接方式中板與板沒有鋼筋直接相連，傳力性能不高。

為了提高板縫連接的傳力性能，有學(xué)者做了深入研究，提出了新的連接方式如圖6所示，即將空心板的下胡子筋部分焊接構(gòu)成三角架，從而加強(qiáng)板與板之間剪力的傳遞。空心板板頂分布筋伸出做成U型與板縫中間布置的縱筋機(jī)械錨固，以保證板縫彎矩的傳遞[9]。U型筋沿橫向放置4根縱筋，提高U型筋搭接錨固性能，并保證了受力連續(xù)性，加強(qiáng)了抗彎能力。板端兩側(cè)做成齒槽形式，根據(jù)計(jì)算，齒槽抗剪完全能夠抵抗板與板之間錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的剪力[10]。

2.4 箱形板樓蓋板縫連接

箱形板樓蓋是一種全裝配式結(jié)構(gòu)體系，它具有承載能力好、施工方便、整體性好、工期短等優(yōu)點(diǎn)。其板縫連接方式與雙T板樓蓋的板縫連接方式相近，都是通過在板件中做預(yù)埋件，然后現(xiàn)場焊接。連接件的作用都是為了板與板之間力的傳遞和變形協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)雙向受力。箱形板的板板連接形式如圖7所示。連接件是兩塊角鋼和一段鋼筋，角鋼和鋼筋接觸面大、焊縫長，傳力性能比骨架鋼筋直接焊接更好。在連接件設(shè)計(jì)計(jì)算中同DCNPD、雙T板一樣，應(yīng)該以錨筋的屈服作為連接件破壞的標(biāo)志，并進(jìn)行超強(qiáng)設(shè)計(jì)。目前國外學(xué)者研究較多，需要進(jìn)行進(jìn)一步的尺寸實(shí)驗(yàn)和完善該體系的理論依據(jù)。

3 結(jié)論

該文列舉了目前常見的幾種裝配式樓蓋體系，主要探討了其板縫連接研究發(fā)展情況，包括預(yù)應(yīng)力雙T板樓蓋、箱形板樓蓋、預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋、疊合板樓蓋。從最新的雙T板和箱形板的現(xiàn)場焊接機(jī)械連接件、預(yù)應(yīng)力空心板U型筋錨固連接和疊合板的板縫加強(qiáng)筋連接，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有裝配式樓蓋板縫連接方式向鋼筋可靠連接發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)錨筋延性受拉破壞機(jī)理，避免其過早破壞，鋼板、嵌條焊縫等應(yīng)進(jìn)行超強(qiáng)設(shè)計(jì)，以錨筋的屈服作為連接件破壞的標(biāo)志。目前關(guān)于裝配式建筑連接研究不夠深入，需要對具體連接方式進(jìn)行大量研究，提出具體的剛度計(jì)算方法和構(gòu)造措施。

裝配式樓板具有綠色環(huán)保、施工方便、周期短、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，是未來建筑發(fā)展的方向。但是濕式樓蓋存在后澆層，增加了結(jié)構(gòu)自重，效益提升不明顯，不符合未來的行業(yè)要求。而全裝配式樓板抗震性能尚不如現(xiàn)澆樓板，理論分析尚不成熟，缺乏配套的規(guī)范和技術(shù)依據(jù)[11]。開發(fā)更合理的全裝配式樓蓋板縫連接節(jié)點(diǎn)，提高樓蓋的平面內(nèi)剛度和抗震性能，揭示板縫節(jié)點(diǎn)復(fù)合作用下的受力機(jī)理，提出板縫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法，從而解決制約新型樓蓋應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，發(fā)揮預(yù)制混凝土與預(yù)應(yīng)力等高技術(shù)的優(yōu)越性，是未來發(fā)展的方向。

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