裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)水平縫研究進(jìn)展

鐘 維 浩

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510010)

0 引言

剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式之一，結(jié)構(gòu)布置靈活。作為關(guān)鍵的承重和抗側(cè)力構(gòu)件，剪力墻的抗震性能是整體結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)。近年來(lái)，由于建筑工業(yè)化的快速發(fā)展，運(yùn)用裝配式預(yù)制結(jié)構(gòu)的技術(shù)，結(jié)合剪力墻形成的裝配式預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有施工質(zhì)量可控，施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，可提高施工性能和施工質(zhì)量，降低施工成本，有利于實(shí)現(xiàn)建筑綠色節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)[1]。裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的剪力墻構(gòu)件一般在工廠預(yù)制，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，將預(yù)制墻體通過(guò)裝配拼縫連接成整體[2]，可以有效地提高施工效率和保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

由于預(yù)制構(gòu)件在工廠預(yù)制，施工質(zhì)量與整體性好，而預(yù)制構(gòu)件之間的連接部位是受力的薄弱環(huán)節(jié)，不僅影響到整體結(jié)構(gòu)的安全性，也影響裝配式預(yù)制結(jié)構(gòu)體系的推廣與應(yīng)用。在水平地震作用下，上下層預(yù)制剪力墻構(gòu)件之間的剪力由水平縫抗剪連接傳遞。實(shí)際震害表明，在地震中裝配式預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件并未出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，破壞主要發(fā)生在連接處的后澆混凝土中[3]。因此，保證預(yù)制剪力墻構(gòu)件之間水平縫的有效連接，是影響裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗震性能的關(guān)鍵。

本文通過(guò)歸納上下層預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的水平縫連接形式，為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究及其推廣提供參考。

1 預(yù)制剪力墻構(gòu)件間水平縫界面連接

預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)屬于裝配式大板結(jié)構(gòu)，其與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，整體性不足，容易在接縫處應(yīng)力集中，變形不連續(xù)。接縫為預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)的薄弱部位，接縫性能直接影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗震性能。

裝配式大板結(jié)構(gòu)的接縫主要有以下四種[4]：1)濕式連接：指的

是利用混凝土和砂漿灌縫連接，這種連接方式結(jié)構(gòu)整體性較好，對(duì)施工精度要求不高。2)干式連接：采用焊接連接，這種連接方式對(duì)于構(gòu)件尺寸及安裝偏差的精度要求較高。3)螺栓連接：即采用螺栓進(jìn)行連接，此方法難以控制接縫的變形。4)預(yù)應(yīng)力連接：采用施加預(yù)應(yīng)力的方法將預(yù)制構(gòu)件連為一體，保證結(jié)構(gòu)的整體性。

上下層預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的水平縫需要保證軸壓力、彎矩和剪力的有效傳遞。水平縫以濕式連接較為常用，即采用混凝土和砂漿灌縫連接，施工精度要求低，結(jié)構(gòu)整體性好[5]。連接處預(yù)制構(gòu)件表面可處理成粗糙面[6]，粗糙面之間留有一定空隙進(jìn)行灌漿拼縫處理，如圖1所示，或者界面處理成齒槽式連接[1]，如圖2所示。軸壓力通過(guò)水平縫中后澆的混凝土和砂漿進(jìn)行傳遞。

2 預(yù)制剪力墻構(gòu)件間水平縫鋼筋連接

上下層預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的彎矩傳遞則由配置于預(yù)制墻體間的豎向鋼筋承擔(dān)，剪力主要由豎向鋼筋及軸壓力產(chǎn)生的剪切摩擦力進(jìn)行傳遞。在水平地震作用下，預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)的水平縫連接部位是抗剪的薄弱部位，其抗剪承載力對(duì)結(jié)構(gòu)的抗剪承載力起著至關(guān)重要的作用，水平縫的抗剪承載力受多種因素的影響，包括拼縫混凝土的抗剪承載力、鋼筋消栓作用、剪切摩擦作用、軸壓力作用等[6]。豎向鋼筋的連接方式可采用焊接連接、套筒連接、漿錨連接、搭接連接等方式[7]。

2.1 焊接連接

將上下層預(yù)制墻體間需要連接的鋼筋一一匹配，然后進(jìn)行焊接連接，此方法對(duì)于鋼筋位置的精度要求較高。

2.2 套筒連接

對(duì)鋼筋進(jìn)行套筒擠壓連接是鋼筋機(jī)械連接的一種形式，李寧波等[8]通過(guò)對(duì)豎向鋼筋套筒擠壓連接的預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻試件進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：套筒擠壓連接能有效傳遞鋼筋拉、壓荷載作用。豎向鋼筋套筒擠壓連接是可以使預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求的一種有效連接形式，如圖3所示。

2.3 漿錨連接

豎向鋼筋的漿錨連接可直接將鋼筋插入預(yù)留孔灌漿進(jìn)行搭接連接，也可采用金屬波紋管預(yù)留孔漿錨連接，或者采用套筒漿錨連接。漿錨連接能夠有效地傳遞豎向鋼筋的應(yīng)力，預(yù)制剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)與現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)相同，剛度與耗能能力也相當(dāng)，連接合理可靠，但對(duì)施工精度要求高，吊裝難度大，構(gòu)件在生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)預(yù)留鋼筋位置偏移而使預(yù)制墻體吊裝困難[5]。

2.4 搭接連接

豎向鋼筋的搭接連接可以用于改善對(duì)于施工精度要求高的連接形式，例如結(jié)合直接漿錨連接，可以將部分鋼筋連接進(jìn)行間接搭接連接，避免需將每根鋼筋插入各自預(yù)留的對(duì)應(yīng)灌漿孔洞，加快施工進(jìn)度，同時(shí)又保證了連接的可靠性。

3 新型預(yù)制剪力墻構(gòu)件間水平縫連接

傳統(tǒng)的上下層預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的鋼筋雖然有干式連接與濕式連接，但是水平縫采用現(xiàn)澆混凝土或砂漿填縫，連接均需要進(jìn)行濕作業(yè)，難以充分發(fā)揮預(yù)制結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

因此，一方面可通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的連接方式進(jìn)行組合改善，得到更優(yōu)的水平縫連接方式。湯磊[9]通過(guò)借鑒混合裝配式剪力墻體系，豎向鋼筋采用金屬波紋管漿錨搭接連接，結(jié)合后張無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)、漿錨鋼筋局部無(wú)粘結(jié)技術(shù)和扣接封閉箍筋技術(shù)，提出了EHSW體系，構(gòu)造如圖4所示。試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明，EHSW體系可以解決裝配式混凝土剪力墻與現(xiàn)澆剪力墻相比存在的開(kāi)裂較早、混凝土破壞相對(duì)集中等問(wèn)題，驗(yàn)證了其有效性和可行性，為EHSW的工程應(yīng)用提供初步的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

另一方面，可對(duì)水平縫的連接通過(guò)預(yù)埋鋼構(gòu)件和后置鋼構(gòu)件采用焊接或螺栓進(jìn)行連接的方式，形成完全干作業(yè)連接的型鋼—混凝土組合裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。孫健[5]通過(guò)采用高強(qiáng)度螺栓、連接鋼框?qū)в袃?nèi)嵌邊框的預(yù)制剪力墻連接起來(lái)，形成有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，提出一種采用干式連接的全預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，構(gòu)造如圖5所示。在連接上、下層預(yù)制剪力墻的水平縫時(shí)，豎向鋼筋焊接在內(nèi)嵌邊框內(nèi)側(cè)，將上、下層預(yù)制剪力墻插入水平連接鋼框內(nèi)，用若干高強(qiáng)度螺栓穿入預(yù)留的螺栓孔，再將高強(qiáng)度螺栓施加至規(guī)定預(yù)拉力，即可完成水平接縫的拼裝。試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明，采用高強(qiáng)度螺栓、水平鋼框連接上下層預(yù)制剪力墻，可以將墻體形成可靠抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，有效地將上層剪力墻的荷載傳遞到下層剪力墻。與現(xiàn)澆剪力墻相比，其也具有相近的抗側(cè)力剛度與極限承載力，以及良好的延性性能，在滿足抗震性能的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮裝配式結(jié)構(gòu)干式連接的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

裝配式預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)合了現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，保證了建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與提高施工效率，實(shí)現(xiàn)建設(shè)綠色節(jié)能建筑的目標(biāo)。

1)預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的水平縫是影響結(jié)構(gòu)整體抗震性能的關(guān)鍵，是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行著上下層預(yù)制墻體間軸壓力、彎矩與剪力的傳遞。

2)預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的水平縫的界面構(gòu)造以濕式連接較為常用，即采用混凝土和砂漿灌縫連接，施工精度要求低，結(jié)構(gòu)整體性好。

3)預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的水平縫豎向鋼筋的連接方式主要有焊接連接、套筒連接、漿錨連接、搭接連接等。

4)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)預(yù)制剪力墻構(gòu)件間的水平縫的改進(jìn)，可提出新型的水平縫連接，一方面可組合傳統(tǒng)的連接方式，取得更優(yōu)的連接效果，另一方面，通過(guò)型鋼連接，實(shí)現(xiàn)完全干作業(yè)連接的型鋼—混凝土組合裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。

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[9] 湯 磊.預(yù)制裝配混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)新型混合裝配技術(shù)研究[D].南京:東南大學(xué),2016.