裝配式混凝土剪力墻結構節點連接形式及其承載力研究

楊 帥

(佳木斯大學建筑工程學院，黑龍江 佳木斯 154007)

裝配式混凝土剪力墻節點技術發展是立足于其建筑功能和結構的穩定上，應用的根本是為了克服施工場地條件的有限性和簡化施工流程，形成產業結構的升級換代，促進低耗能綠色建筑發展。當前，裝配式建筑模式被我國建筑行業大力推廣，其主要運用于混凝土盒子結構、框架剪力墻結構和裝配式混凝土剪力墻結構。裝配式剪力墻結構由于其良好的整體性和側向剛度強特點，可以有效地確保建筑結構安全性。目前裝配連接節點的安全性問題是目前研究的重要課題，影響其安全性的主要因素為內外墻豎向構造、墻體水平構造(L形節點)、墻體連接、墻梁連接的節點連接方式和靜力性能。

1 節點連接方式分類

裝配式混凝土墻構件常見的連接方式分別為套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、錨栓連接、鋼筋套筒擠壓連接、U型套箍連接等。

1.1 全套筒灌漿和半套筒灌漿

套筒灌漿節點連接技術是當前連接方式中錨固性和抗粘結滑移性最好的節點連接方式。施工技藝簡潔便利，直接將鋼筋插入套筒，套筒埋入預制墻體后進行灌漿連接即可，見圖1，圖2。

1.2 漿錨搭接節點連接

漿錨搭接是套筒或者波紋管與剪力墻配套預制而成，施工時將箍筋約束套管與預制套管相連接并灌注高強微膨脹灌注料，待養護期結束后開始上下墻體拼裝。灌漿料與孔壁產生的咬合作用和應力傳遞為漿錨搭接節點的連接機理，由于其對施工現場條件的要求不高，簡易現場即可完成漿錨搭接連接，則更加符合當代住宅和工業建筑的需求，見圖3。

1.3 鋼筋套筒擠壓節點連接

鋼筋套筒擠壓節點連接方式適用于鋼筋布置相對稀疏的節點連接，對于計算連接節點的承載壓力更具規范性。為了實現降低建筑成本和可靠性的建筑目標，鋼筋套筒擠壓鏈接技藝進化成為剝肋滾壓直螺紋鏈接。這種連接方式解決了鋼筋套筒擠壓節點連接過程中對材料的削弱問題，見圖4。

1.4 U型閉合筋連接

U型閉合鋼筋節點連接是當前行業內一種新型節點構造，可有效的減少價格較高的灌漿料的使用，其原理是中介在縱向鋼筋分布筋形成的U型閉合鋼筋處進行搭接。通過靜力試驗表明U型套箍連接的水平裂縫產生是改變預制墻板剛度的主要影響因素，因此這種新型節點構造在選用時需要避免水平拼接，見圖5。

2 實驗概況

為驗證上述四種節點構造結構的安全性與差異性，對預制混凝土剪力墻構件的節點的承載力和滑移性做出相關實驗研究。

2.1 試件設計

分別制作上文提到四種節點構造預制剪力墻單品，分別編號為WQ-1,WQ-2,WQ-3,WQ-4,各實驗用件質量、尺寸、混凝土強度等參數等級均相同，混凝土強度等級為C35，分布筋、箍筋均采用HPB300級鋼筋。預制混凝土剪力墻構件實測立方抗壓強度、屈服度、拉伸強度、彈性模型數據如表1所示。

表1 預制混凝土剪力墻構件數據

參數WQ-1WQ-2WQ-3WQ-4抗壓強度/MPa38.338.638.938.1拉伸強度/MPa460520510450彈性模量/GPa210210210210屈服度/GPa310392385325

2.2 測試內容與結果

本次測試主要內容是測試各構件節點連接加載點的承載力和滑移現象。假設初始階段構件處于無損狀態，對試件施加外力，使其荷載上升直至各試件板體表面出現明顯裂紋，進行第一次觀察測據。隨后持續進行荷載提升，當板體脆變，板內鋼筋出現裂痕或者剪壞時停止實驗。

實驗構件最終的承載力和位移，用構件本身的比值確定，以MATLAB最終計算結果為依據，以峰值荷載為界進行分析，分為峰值荷載下降至85%或者未下降至85%兩種，見表2。

表2 實驗荷載峰值數據表

根據裝配式混凝土構件《驗收標準》對其承載力和滑移驗收標準分析，當前實驗構件完全符合標準。受力點均可達到正常現澆柱混凝土的承載要求，部分出現剪切破壞的部位可采用加插鋼筋提升其延展性達到增加承載力的目的。

3 結果分析

本次實驗分為兩個階段:第一階段是板體開裂時得出的數據;第二階段為板內鋼筋出現裂痕剪壞變化時得出的數據。在實驗的第一階段，WQ-1實驗構件的墻底部出現細小裂紋，裂紋由底部向上延伸，樹狀裂痕有交叉現象；WQ-2實驗構件底部出現水平裂紋，首先出現在混凝土界層的位置；WQ-3實驗構件裂痕在墻體1/3處出現，并具有傳導性，地梁節點連接處也出現了裂痕；WQ-4實驗構件出現鼓包現象，部分混凝土脫落。實驗進行到第二階段時，WQ-1墻體底部混凝土開裂嚴重，邊緣構件箍筋出現剪壞現象，此時荷載峰值已達到85%；WQ-2墻體上部1/3處出現輕微裂痕，并伴隨荷載增強，裂痕不斷向四周開裂，從而出現多條裂痕；WQ-3左側墻體出現水平裂痕，持續加載后混凝土塊大量脫落；WQ-4底部混凝土塊完全脫落，看見U型箍筋。綜上所述，四種實驗構件發生裂變的部位基本在構件2/3以下部分，發生此同類事件概率較高，可考慮改變節點連接設計。實驗構件裂痕部位多處于節點連接處或灌注料與混凝土構件接觸區域，說明連接部分的承載力仍存在部分問題，但實驗結果表明問題仍是未來研究的重點。對四種連接節點技術的承載力和滑移現象的實驗分析，表明各構件雖出現不同程度的破損和滑移現象，但是仍然符合當前裝配式混凝土墻的建筑使用標準。但是在具體選擇和使用的過程中需要施工單位加以分析擇優選用。

4 結語

通過分析四種常見的裝配式混凝土墻節點連接方式，了解其基本的選用規則，并用實驗的方式驗證其可靠性和安全性。承載力實驗表明，NPC結構體系的承載能力和抗滑移能力與現澆柱混凝土結構差別較小，均可滿足一般性質的工程需求。但從施工現場條件和操作角度來講，裝配式剪力墻結構更加適合現代化城市的需要。在滿足工程所需的基礎上，還可以創造更高的經濟效益，提升施工效率，減少施工現場的人員損耗和流動。因此，裝配式混凝土剪力墻的投產使用更符合國家建筑工業化和現代化的發展方向，符合國家綠色建筑的目標。