裝配式柱-柱節點連接方式研究綜述

嚴 熔，魏文暉

(武漢理工大學道路橋梁與結構工程湖北省重點實驗室，武漢 430070)

裝配式建筑是指部分或者全部的結構構件在工廠預制,施工時將預制構件運輸到現場進行組建。裝配式建筑因其施工周期短、濕作業少等優點逐漸得到廣泛的應用。其中，柱子是整個建筑的重要受力構件，因此裝配式柱成為裝配式建筑研究的重點對象。但是，我國大部分裝配式柱-柱節點連接仍采用濕式連接，干式連接在理論方面的研究還比較滯后。干式柱-柱連接節點有待做進一步探討。

1 裝配式框架結構柱-柱連接節點研究

1.1 國外研究

1987年，美國學者提出預制“混合型”框架結構體系，該體系是將梁的預應力筋和普通鋼筋穿入柱的預留孔道中,再對梁端或者柱內的普通鋼筋和預應力筋進行搭接,最后灌漿封閉預留孔道。1995年，Loo Y C[1]等對PCI手冊中的兩類預制梁柱連接節點做了靜力荷載試驗研究和單調往復荷載試驗研究。通過研究得出，PCI手冊中的這兩類預制梁柱連接節點的承載力、延性和耗能能力相對高于現澆節點。同年，對于預制裝配式混凝土結構與現澆式混凝土結構，Haluk S[2]等計算了兩者的地震響應。通過研究得出，裝配式混凝土結構與現澆結構的地震響應差別不大，同時，“強柱弱梁”可以減少兩種結構之間的差異。2004年，James F[3]針對螺栓節點連接的動力性能做了相應的研究。近年來，機械連接裝置的研發取得了很大進步，采用機械套筒連接鋼筋能有效用于水平和豎向構件。對于預制柱，先將套筒埋入預制柱內，然后灌入專用高強、無收縮灌漿料，達到高于鋼筋母材強度的連接效果。

1.2 國內研究

2006年，黃祥海[4]總結了干式連接的種類，并做出相應的改進，同時對全預制裝配式混凝土框架節點提出了新的思路。2008年，羅青兒[5]等對榫式連接接頭進行了試驗研究，對傳統的縱筋的連接方式和榫頭的材料作了改進,將柱縱筋的焊接連接改為滾軋直螺紋套筒連接,同時用鋼管混凝土榫頭代替鋼筋混凝土榫頭。通過反復荷載試驗得到，這種改進后的榫式接頭的承載力和延性與整澆柱相差不大，安全可靠，可用于實際施工。2013年，王建[6]等提出了結合高強螺旋箍筋和鋼板筋設計的套筒灌漿連接柱，并對該柱和現澆鋼筋混凝土柱作了低周反復荷載試驗，最后采用有限元模擬。通過試驗對比可得，套筒灌漿連接柱的強度、延性和耗能性能均不低于現澆柱。

2 裝配式柱-柱連接節點種類

柱-柱連接節點的連接形式主要有榫式接頭、漿錨接頭、焊接接頭、螺栓接頭等。

2.1 榫式接頭

榫式接頭屬于濕式連接，該接頭上節的柱底部有凸出的鋼筋混凝土榫頭，如圖1所示。制作榫式連接柱時，上、下節柱應外伸一定長度的鋼筋，伸出的長度宜大于25倍鋼筋直徑。安裝時，對準上、下節柱的外伸鋼筋，并用剖口焊加以焊接，最后在接頭處澆高強度混凝土。當接頭處混凝土達到75%設計強度時，可進行上一層構件的安裝。

2.2 錨漿接頭

錨漿接頭如圖2所示，制作錨漿連接柱時，要在下節柱頂部預留孔道，孔道直徑應大于兩倍的鋼筋直徑，孔道深度約350～700 mm，上節柱底部外伸長約300～700 mm的錨固鋼筋。安裝時，清洗下節柱的預留孔道，然后往孔道中灌入快凝砂漿，并在下節柱頂部鋪10 mm左右的砂墊層，最后將錨固鋼筋插入灌有砂漿的預留孔道中。也可以先將錨固鋼筋插入預留孔道中，隨后再對預留孔道進行灌漿操作。

2.3 砂漿連接接頭

這種接頭不需要將上下柱縱筋焊接,柱子相對接后澆以砂漿即可,如圖3所示。安裝時，將銷釘插入下柱槽口，再往槽口灌漿直至砂漿溢出并均布在連接面上。采用鋼銷釘和定位鋼板可以方便吊裝。砂漿連接接頭是一種鉸接接頭，僅適用于全接截面不出現拉力的情況。

2.4 焊接接頭

焊接接頭是將上、下節柱的鋼筋和預埋鋼板進行焊接，在上、下節柱子完成對接后，再將鋼板貼焊在預埋鋼板處。預埋鋼板和焊縫易腐蝕，需要采取保護措施。焊接接頭施工方便、簡單，不需要養護，有利于現場施工，加快施工進度。

2008年，汪梅提出與鋼結構連接方式相似的干式齒槽連接方法,如圖4所示。在該柱的連接處焊接鋼板，利用鋼材較好的變形性能提高柱連接區域的變形能力，同時齒槽可以抵抗一定的水平荷載。

2.5 套筒灌漿連接接頭

鋼筋套筒灌漿連接方式屬于機械連接的一種，如圖5所示。這種連接方式簡捷、方便，不需要焊接等工藝。鋼筋分別從中空型套筒的兩端穿入，安裝時直接往套筒灌漿。套筒可以對灌漿料產生約束作用，此時套筒內壁與灌漿料之間出現正向應力，從而使得與灌漿料接觸的帶肋鋼筋出現表面摩擦力，傳遞鋼筋軸向應力。國外發達國家普遍采用鋼筋套筒灌漿連接方式，特別是在抗震設防區的高層建筑中得到廣泛的應用。

2.6 裝配整體式鋼筋焊接接頭

裝配整體式鋼筋焊接接頭是在蘇聯廣泛應用的一種連接接頭,如圖6所示。根據柱子縱筋的不同數量，對柱端做出相應的處理。例如柱端有四根鋼筋時，削去四個角的混凝土。為了使吊裝方便、準確，在柱端中心處安裝定位鋼板。上、下柱對接后，焊接縱向鋼筋，然后放入箍筋，再澆筑混凝土形成剛性節點。

2.7 螺栓接頭

螺栓連接屬于干式連接，施工過程方便、快捷。但是螺栓接頭的承載力主要依靠螺栓的材料性能，在較大荷載作用下，容易出現開裂、整體撓度大等問題。

PCI手冊[7]中有三種螺栓連接方式，如圖7所示。這三種連接方式均利用預埋螺栓、預埋鋼板進行連接，但是前面兩種連接方式過多地削弱了連接處的混凝土，對承載力造成了一定程度的影響。

3 結 語

20世紀70年代中期，美國在強烈地震區建立了大批預制混凝土框架結構。但是我國在裝配式鋼筋混凝土結構方面的研究和應用都較少，沒有充分開發預制裝配式建筑施工周期短、施工便捷的優勢。其中國內梁-柱節點、柱-柱節點等的主要研究方向大部分是通過改變節點的連接形式來獲得更高的承載力，雖然節點形式越來越多，甚至可以做到與現澆一樣，但還是難以滿足“強節點，弱構件”的要求。

大量的研究試驗證明，與現澆節點的抗震性能相近的裝配式節點基本上都要進行現場混凝土澆筑，這有悖于裝配式建筑便捷、快速的初衷。干式連接節點雖然大大縮短了施工周期，但與現澆式節點的抗震性能仍存在一定的差距。部分學者提出，采用高強混凝土可以提高節點的延性和抗震性能，所以可以從建筑材料方面著手，以此來提升裝配式鋼筋混凝土結構的整體性。同時，減震、隔震技術也能夠大幅度提升建筑的抗震性能。因此，可以考慮將減震、隔震技術運用到裝配式鋼筋混凝土結構中。

除此之外,我國裝配式混凝土結構仍存在許多亟待解決的問題:(1)預制的混凝土構件質量較大,增加了運輸和現場起吊安裝的難度；(2)大部分裝配式連接節點處于試驗階段，沒有完善的技術體系，缺乏統一標準；(3)生產、運輸和安裝過程不規范，建筑質量得不到保證。

我國裝配式的發展是一個漫長的過程，必須從點到面逐步完善，達到試驗、設計、生產、施工和安裝的一體化要求。不僅僅追求產品的標準化，同時注重發展產品的多樣化，拓寬發展的渠道。同時，國家相關部門應制定完善、合理的標準規范，落實裝配式建筑設計施工過程中的各個要求，用統一的標準來規范我國的裝配式行業。

[1] Loo Y C,Yao B Z.Static and Repeated Load Test on Precast Concrete Beam-to-column Connections [J].Journal of Precast/Prestressed Concrete Institute,1995,40(2):106-115.

[2] Haluk S.Effect of Connection Rigidity on Seismic Response of Precast Concrete Frames[J].Journal of precast/prestressed Concrete Institute,1995,40(1):94-103.

[3] James F W,Eric G C.The Dynamics of Loosely Jointed Structures[J].International Journal of Non-Linear Mechanics,2004,39:503-514.

[4] 黃祥海.新型全預制裝配式混凝土框架節點的研究[D].南京：東南大學，2006.

[5] 羅青兒，張仟朋，程文瀼，等.裝配整體式鋼筋混凝土框架柱榫式接頭的試驗研究[J].工業建筑，2008，38(10)：48-52.

[6] 王 建.套筒漿錨連接鋼筋混凝土柱抗震性能試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2013.

[7] Prestressed ConcreteInstitute．PCI Design Handbook[M]．Second Edition.Chicago:the Precast/Prestressed Concrete Institute,1978.