裝配式建筑節(jié)點濕連接方式研究綜述

李慧嫻 張佩 張宇

摘?要：本文針對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)點進行了進行了歸納和詳細介紹，通讀本論文可以了解到當今每種濕連接技術(shù)的優(yōu)缺點、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

90年代中期，我國裝配式建筑技術(shù)顯著提高，全現(xiàn)澆式混凝土建筑體系已經(jīng)逐漸取代了預制裝配式混凝土建筑。預制構(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)簡介

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

“濕”連接是指預制梁、柱或T形構(gòu)件在接合部利用鋼筋連接或錨固的同時，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?？蚣芙Y(jié)構(gòu)濕連接常見的連接方式有預制梁在梁柱節(jié)點連接、預制梁跨中連接和預制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、套筒灌漿連接和預留孔灌漿搭接等方法。

二、鋼筋套筒灌漿連接

20世紀60年代，余占疏（Alfred A.Yee）[1]在美國發(fā)明了鋼筋套筒灌漿連接接頭（以下簡稱“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、灌漿料和鋼筋三個部分構(gòu)成，在鋼筋連接時注入快硬無收縮灌漿料，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鋼或者合金鋼鑄造的中空型套筒來連接上下兩個預制構(gòu)件。在使用過程中，上下兩個預制構(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微膨的灌漿料來實現(xiàn)兩個預制構(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，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，可通過適當配置剪力鍵避免;

3）灌漿料劈裂破壞：灌漿料強度不夠，導致接頭鋼筋拉斷前發(fā)生;

套筒強度不夠，導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，套筒需預先埋入構(gòu)件的連接端，到達施工現(xiàn)場后，將另一個連接構(gòu)件的外露鋼筋插入套筒，然后進行安裝定位，最后通過灌漿連接鋼筋。與其他機械連接方式相比，此種連接方式中鋼筋預加工的工作量減小、現(xiàn)場施工時鋼筋不會產(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)國內(nèi)的預制裝配式結(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，分別與混凝土進行錨固，通過混凝土傳力，進而實現(xiàn)鋼筋間應(yīng)力的傳遞。

（一）插入式預留孔灌漿鋼筋連接

2008年，我國學者首創(chuàng)了插入式預留孔灌漿鋼筋連接方式，適用于預制混凝土建筑，大大促進了其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。該連接方式是在預制混凝土構(gòu)件預埋鋼筋下端的一側(cè)，預留一個內(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)強度）的孔洞，該孔洞上下分別預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)點的承載能力），三者彼此連通。在預制混凝土構(gòu)件安裝時，將連接用的鋼筋插入孔內(nèi)至預設(shè)長度，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，預埋鋼筋和另一根連接鋼筋即連接在了一起，實現(xiàn)了預留孔洞插筋后灌漿的間接搭接連接方式。經(jīng)過國內(nèi)多位學者試驗表明，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制混凝土構(gòu)件中預埋金屬波紋管，然后在施工時將下層預制混凝土構(gòu)件伸出連接鋼筋插入到金屬波紋管中，再灌入高強無收縮灌漿料，最后經(jīng)過養(yǎng)護完成錨固連接。但目前該連接技術(shù)尚不成熟，仍需進一步探索，從而獲得完善的理論支撐與完備的設(shè)計方法。

四、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)濕連接新型連接節(jié)點

（一）鋼絞線錨入式預制框架節(jié)點

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制框架節(jié)點。預制梁下半部分采用先張法預制預應(yīng)力梁形式，梁上部同樓板一起進行疊合現(xiàn)澆;梁端預留箍筋進一步加密，間距一般為50mm的鍵槽;絞線端部通過壓花機形成壓花錨，在鍵槽內(nèi)部分和伸出預制梁部分為無預應(yīng)力段;下部架立筋采用普通帶肋鋼筋，鍵槽端面處增設(shè)一段局部無黏結(jié)段。構(gòu)造形式如圖1所示。節(jié)點拼裝時，帶壓花錨的鋼絞線根據(jù)錨固長度需要，可伸入節(jié)點核心區(qū)內(nèi)或?qū)γ骖A制梁的鍵槽內(nèi)錨固，附加兩端帶擴大頭的直鋼筋;通過后澆混凝土實現(xiàn)梁柱節(jié)點的整體連接。節(jié)點拼裝示意圖如圖2所示。

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

（二）裝配式FRP筋混凝土節(jié)點

劉志威針對傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在沿海等惡劣環(huán)境中鋼筋腐蝕嚴重的問題，提出將預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中節(jié)點區(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，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制FRP筋混凝土的梁柱節(jié)點連接方式，如圖3所示。柱為預制柱，梁為預制U型梁，其中下半部分為預制，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，對預制部分與現(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)點最大的優(yōu)點是耐腐蝕性，因此特別適用于對于海島工程結(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)的長期穩(wěn)定與安全。同時，使用裝配式的結(jié)構(gòu)類型，可以克服FRP筋在現(xiàn)場加工的問題，具有施工不受氣候條件影響、工期短、節(jié)省模板等優(yōu)點。而其承載力較低的缺點，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，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?？驌误w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)件均可在工廠預制，僅有少部分混凝土構(gòu)件需現(xiàn)場施工。且通過試驗分析證明：該體系特殊的結(jié)構(gòu)形式可以保證梁柱節(jié)點核心區(qū)域的強度、延性及連接可靠性，使得節(jié)點核心區(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“強鋼管混凝土柱-弱鋼筋混凝土梁”和“強節(jié)點-弱構(gòu)件”失效路徑的結(jié)構(gòu)體系。

五、結(jié)語

以上對濕連接的多種連接節(jié)點的工作機理和其優(yōu)缺點進行了介紹，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)勢明顯，新型裝配式連接節(jié)點的開發(fā)多是對應(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)施工時的不同情況予以采用。但是，也不難看出，每種節(jié)點連接都存在著一定的缺陷，使用時會受到技術(shù)、材料等多種條件的限制，甚至部分指標要求不明確，這些都反映了我國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)。

參考文獻：

[1]Splice-sleeve north America[EB/OL].http：//www.Splicesleeve.com/.

[2]吳子良.鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2011，（6）：59-61.

[3]韓超，鄭毅敏，趙勇.鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)研究與應(yīng)用進展[J].施工技術(shù)，2013，42（21）：113-116.