連接技術(shù)是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，本文著重介紹了幾種關(guān)鍵連接技術(shù)的研究進(jìn)展和工程應(yīng)用情況，包括涉及結(jié)構(gòu)安全的鋼筋連接技術(shù)、接合部位連接技術(shù)、預(yù)制夾芯保溫墻板連接技術(shù)，以及涉及建筑使用功能的接縫防水技術(shù)。

1、鋼筋連接技術(shù)

鋼筋的連接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，連接部位首先要保證在荷載作用下能順利傳遞內(nèi)力，其次還要求連接部位具有足夠的剛度和良好的恢復(fù)力特性[3]。國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了多種鋼筋連接技術(shù)，主要有灌漿衰筒連接、漿錨搭接、螺栓連接、焊接連接、鍵槽連接等。美國、日本等國家以及我國臺灣和香港等地區(qū)廣泛應(yīng)用灌漿套筒連接，國家規(guī)程也推薦使用灌漿衰筒連接。漿錨搭接在黑龍江、江蘇等地區(qū)有工程應(yīng)用，黑龍江規(guī)程中[4]對漿錨搭接有介紹。其他一些連接方式應(yīng)用較少，在此不做過多介紹。

1.1灌漿衰筒連接

上世紀(jì)60年代，美籍華人余占疏博士發(fā)明了鋼筋套筒連接器，并首次將該技術(shù)用于檀香山某酒店（38層，框筒結(jié)構(gòu)）預(yù)制柱連接。1972年日本某公司購買該連接器的生產(chǎn)權(quán)，此后技術(shù)人員不斷改進(jìn)，1984年日本建設(shè)省批準(zhǔn)NMB連接套筒體系研制成功。該體系中鋼筋從兩端開口穿入套筒內(nèi)部，通過填充高強(qiáng)度微膨脹砂漿完成接續(xù)，通常被稱為全灌漿套筒。這種套筒在日本、北美、新西蘭、東南亞、中東及我國臺灣、香港等地的裝配式建筑中得到廣泛應(yīng)用[5]，例如日本橫濱某公寓樓（38層，框架結(jié)構(gòu)）、馬來西亞某住宅（11層，框架結(jié)構(gòu)）、臺北市某超高層住宅（38層，框剪結(jié)構(gòu)）等，近年來國內(nèi)的南京上坊（15層，框架結(jié)構(gòu)）、沈陽萬科春和里（16層，框架結(jié)構(gòu)）等也采用該連接。國內(nèi)研發(fā)出一種半灌漿套筒，上層鋼筋直螺紋方式與套筒連成整體，下層鋼筋穿入套筒內(nèi)部采用灌漿方式與上層鋼筋連接。北京、深圳、上海、合肥、濟(jì)南等地的一些保障房項(xiàng)目采用半灌漿套筒，兩種灌漿套筒接頭如圖1所示。

鋼筋、套筒、灌漿料的組合體，抗拉強(qiáng)度必須符合《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》[6]中1級接頭的要求。連接鋼筋應(yīng)采用帶助鋼筋，另外，不同廠家衰筒和灌漿料參數(shù)不同，套筒與灌漿料必須配套使用。接頭的受力機(jī)理如圖2所示，外力作用下，鋼筋與灌漿料結(jié)合面處的應(yīng)力通過表面摩擦力f1、灌漿料對鋼筋的粘結(jié)力f2以及鋼筋肋部與灌漿料的咬合力f3有效傳遞。同時，灌漿料與套筒內(nèi)壁結(jié)合面處的應(yīng)力通過表面摩擦力F1、混凝土對套筒的約束力F2以及套筒內(nèi)壁與灌漿料的咬合力F3有效傳遞[7].

圖1 灌漿套筒連接接頭構(gòu)造示意圖

圖2 灌漿套筒連接接頭受力機(jī)理

多家單位對灌漿套筒接頭進(jìn)行了型式檢驗(yàn)[8]，包括單向拉伸性能、高應(yīng)力反復(fù)拉壓性能和大變形反復(fù)拉壓性能等，檢測結(jié)果均為套筒外鋼筋拉斷破壞（圖3所示），這表明該接頭可以起到有效的鋼筋連接，符合機(jī)械連接Ⅰ級接頭的性能要求。雖然灌漿套筒接頭的實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)合格，但是現(xiàn)場灌漿施工質(zhì)量最終影響接頭的連接性能，文獻(xiàn)中[7]提到該接頭有鋼筋被拔出、灌漿料劈裂等破壞模式，因此套筒灌漿施工應(yīng)由專業(yè)的施工人員完成。《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[9]已經(jīng)頒布實(shí)施，規(guī)程從設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、施工、驗(yàn)收等多方面對套筒灌漿連接提出技術(shù)要求，各相關(guān)單位均應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程中的要求操作實(shí)施。

圖3 灌漿套筒連接破壞模式

1.2漿錨搭接

漿錨搭接是指被連接鋼筋插入預(yù)制墻板底部的預(yù)留孔洞，通過高壓注漿實(shí)現(xiàn)鋼筋搭接的一種連接方式，分為約束漿錨搭接和漿錨間接搭接兩種，如圖4所示。

約束漿錨搭接是由哈爾濱工業(yè)大學(xué)與黑龍江宇輝集團(tuán)聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)的一種縱筋連接技術(shù)[10]，已在哈爾濱洛克小鎮(zhèn)14#樓（18層，剪力墻結(jié)構(gòu)）、哈爾濱保利公園40#樓（18層，剪力墻結(jié)構(gòu)）等工程中應(yīng)用。約束漿錨鋼筋搭接范圍為約束混凝土區(qū)，灌漿料為水泥基材料，采用壓力注漿。由于鋼筋搭接長度較短，適用于中小直徑鋼筋連接，插筋孔道制作工藝需完善，制作效率待提高。

圖4 漿錨搭接構(gòu)造示意圖

漿錨間接搭接是中南集團(tuán)引進(jìn)的澳大利亞預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系（NPC體系）所用的縱筋連接技術(shù)[10]，已經(jīng)在海門世紀(jì)城33#樓（10層、剪力墻結(jié)構(gòu)）、蘇州論壇城7#地塊（17層、剪力墻結(jié)構(gòu)）等工程中應(yīng)用。漿錨間接搭接灌漿料為水泥基材料，采用壓力注漿。由于鋼筋插入孔道較長，施工難度較大。

這兩種搭接均有工程應(yīng)用，國家規(guī)程規(guī)定漿錨搭接時，應(yīng)進(jìn)行力學(xué)性能及適用性的試驗(yàn)驗(yàn)證，鑒于我國目前對漿錨搭接尚無統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沒有工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，在獲得廠家提供的成套檢驗(yàn)報(bào)告，且經(jīng)過后方可使用。

2 、接合部位連接技術(shù)

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)采用"等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)"的設(shè)計(jì)理念，預(yù)制構(gòu)件連接部位為現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土接合部位的連接對結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時，既要充分考慮預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和施工的方便，同時必須采用合適的連接技術(shù)來保證接合部位有效的應(yīng)力傳遞。

2.1力學(xué)原理

預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土的接合部位主要是剪應(yīng)力傳遞或者剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的組合傳遞，應(yīng)力傳遞主要依靠以下幾方面[11]：接觸面壓應(yīng)力傳遞、剪切摩擦、抗剪鍵槽、鋼筋銷栓作用。

如圖5（a）所示，σ與τ組合會產(chǎn)生圖中的破壞曲面，在破壞曲面的極限范圍內(nèi)，接合面處混凝土的性能與整體澆筑的混凝土相同，這種作用即為接觸面壓應(yīng)力傳遞，此時的極限狀態(tài)為：τ=μσ，式中μ為摩擦系數(shù)，數(shù)值取決于接合面的粗糙度。國家規(guī)程規(guī)定預(yù)制構(gòu)件與后澆混凝土的結(jié)合面應(yīng)設(shè)置粗糙面，可采用化學(xué)處理、拉毛等方法制作粗糙面（圖6所示）。化學(xué)處理是指在模具表面涂抹化學(xué)藥劑，澆筑完混凝土拆除模具后用水沖洗接觸藥劑表面，預(yù)制構(gòu)件露出骨料形成粗糙面的技術(shù)。

圖5 接合部位應(yīng)力傳遞的方式

（a） 化學(xué)處理

（b） 結(jié)合面拉毛

圖6 粗糙面構(gòu)造示意圖

如圖5（b）所示，接合部位處有正交鋼筋時，邊界面的應(yīng)力傳遞一般為剪切摩擦，邊界面的錯位變形會產(chǎn)生相應(yīng)的裂口，在邊界面的正交鋼筋會產(chǎn)生拉力，其反向壓力作用在邊界面上，此處傳遞的剪應(yīng)力按公式：τ=μe·fy·As，式中μe為摩擦系數(shù)，fy為鋼筋的屈服強(qiáng)度，As為鋼筋的面積。

如圖5（c）所示，抗剪鍵槽是通過接合面處人為設(shè)置凹凸的咬合來傳遞剪力。抗剪鍵槽破壞的剪切強(qiáng)度Qsk按下式計(jì)算：Qsk=min(Q1,Q2)，式中，Q1為左側(cè)抗剪鍵槽的受剪承載力，Q2為右側(cè)抗剪鍵槽的受剪承載力。從試驗(yàn)結(jié)果來看[11]，抗剪鍵槽的角度超過30o，接合面的強(qiáng)度會明顯降低，因此，抗剪鍵槽端部斜面傾角不宜大于30o。

如圖5（d）所示，當(dāng)不能確保邊界面鋼筋具有足夠的粘結(jié)力時，邊界面的剪力傳遞不能依靠剪切摩擦，需要靠鋼筋本身錯位變形引起銷栓作用來完成。為了防止混凝土保護(hù)層剝離或劈裂破壞，箍筋在靠近邊界面處應(yīng)加密，且應(yīng)采用135o彎鉤箍住縱筋。

2.2接合部位

如圖7所示，裝配式結(jié)構(gòu)中預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆砼接合部位主要有梁端豎向接縫、柱底（或剪力墻底）水平接縫、疊合板水平接縫，各部位的連接方式按表1執(zhí)行。

表1 預(yù)制構(gòu)件接合部位的連接方式

注："√ " 表示預(yù)制構(gòu)件與后澆混凝土結(jié)合面采用該連接方式。

各部位的受剪承載力計(jì)算如下：

（1）疊合梁端豎向接縫處，受剪承載力Vbu按下式：Vbu≤Vb1+ Vb2+ Vb3，Vb1為剪切摩擦和鋼筋銷栓作用，Vb2為后澆砼的抗剪能力，Vb3為鍵槽的抗剪能力；

（2）預(yù)制柱底（或剪力墻底）水平接縫處，受剪承載力Vcu按下式：Vcu≤Vc1+μN(yùn)，Vc1為剪切摩擦和鋼筋銷栓作用，后一項(xiàng)表示壓應(yīng)力傳遞，N為接合面處軸力，μ為摩擦系數(shù)，與接合面的粗糙度有關(guān)，國家規(guī)程中取0.8；

（3）疊合樓板水平接縫處，受剪承載力Vfu按下式：Vfu≤Vf1+μN(yùn)，Vf1為桁架鋼筋的抗剪作用，后一項(xiàng)表示壓應(yīng)力傳遞。

圖7 預(yù)制構(gòu)件接合部位

3 、 三明治墻板連接技術(shù)

預(yù)制夾芯保溫外墻板（俗稱"三明治墻板"），兼具圍護(hù)、保溫、防水、防火等功能，在歐洲、美國、日本等地廣泛應(yīng)用，是國家規(guī)程中推薦使用的外墻板。美國PCI設(shè)計(jì)手冊把三明治墻板分為組合式和非組合式兩類。如圖8所示，非組合式是指兩層墻板各自承擔(dān)水平荷載，外葉墻通過柔性連接件懸掛在內(nèi)葉墻上，豎向荷載全部由內(nèi)葉墻承擔(dān)，整個截面內(nèi)不滿足平截面假定；組合式是指兩層墻板作為整體共同受力，中間剛性連接件能夠傳遞內(nèi)、外葉墻由彎曲產(chǎn)生的剪力，截面滿足平截面假定。我國對組合式墻板還缺乏研究和工程實(shí)踐，根據(jù)美國的經(jīng)驗(yàn)，組合式墻板很容易產(chǎn)生裂縫[12]，因此國家規(guī)程建議采用非組合式墻板。

圖8 預(yù)制夾芯保溫墻板構(gòu)造示意圖

從受力機(jī)理來看，連接件對保證三明治墻板的結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要，連接件主要分為剛性連接件和柔性連接件兩類。剛性連接件用于組合式墻板，有桁架式、桶狀、板狀等類型，以德國哈芬公司的金屬連接件為代表，由于國內(nèi)組合式墻板的應(yīng)用較少，該種連接件不做過多介紹。柔性連接件用于非組合式墻板，有棒式、針式等類型，以美國采用高強(qiáng)度玻璃纖維制作的Thermomass保溫連接件為代表，1980年美國一棟公寓（9層，框架結(jié)構(gòu)）第一次使用該連接件，此后三十多年，采用該連接件的夾芯墻板已超過2億平米。國外采用該連接件的工程還有美國威斯康星州百事可樂基地、新西蘭坎特伯雷大學(xué)學(xué)生公寓等，國內(nèi)工程有北京假日風(fēng)景B3#、B4#樓（15層，剪力墻結(jié)構(gòu)）、濟(jì)南濟(jì)水上苑17#樓（18層，剪力墻結(jié)構(gòu)）、濟(jì)南鑫苑陶瓷市場B1#樓（18層，框剪結(jié)構(gòu)）等。南京斯貝爾公司聯(lián)合多家科研單位，研發(fā)出一種復(fù)合樹脂玻璃纖維三棱柱形連接件，在沈陽春河里2#樓（15層，框架結(jié)構(gòu)）、新疆七星建設(shè)辦公樓（22層，框剪結(jié)構(gòu)）等工程中應(yīng)用。美國AC320標(biāo)準(zhǔn)《錨固于混凝土中的纖維加固復(fù)合拉結(jié)件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》對連接件的各項(xiàng)性能有明確的規(guī)定，而中國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)制保溫墻體用連接件》尚未頒布實(shí)施，建議目前采用的連接件應(yīng)符合美國標(biāo)準(zhǔn)AC320的要求。

柔性連接件的計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算模型如圖9所示，分為以下四種情況進(jìn)行計(jì)算[13]。①連接件在垂直荷載（外葉墻自重、垂直地震作用）V作用下，彈性位移按公式?=VL3/(12nEI)計(jì)算，式中：L為計(jì)算長度，按美國AC320標(biāo)準(zhǔn)L=L2+(2L1/3)[1-1/(1+L1/L2)]，其中L1為連接件的錨固長度，L2為保溫層厚度；假定所有連接件承受的剪力相同，則單個連接件承受的剪力按公式Vi=V/n；單個連接件所承受的彎矩為Mi=VL/(2n)；單個連接件所承受的彎矩下的軸力按公式Nimax=dimaxVL/(2∑di2)；②連接件在水平荷載（風(fēng)荷載、水平地震作用）N作用下，由于墻板相對連接件可以認(rèn)為是無限剛，即每個連接件所承受的軸力近似相同，單個連接件承受的軸力按公式Ni=N/n；③連接件承受彎矩時，墻板無限剛，則每個連接件承受的軸力與其距離墻板中心點(diǎn)的距離成正比，按公式diM/(A∑di2)≤fy計(jì)算；④連接件受拉拔出時可能會發(fā)生混凝土的沖切破壞，參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[14]，假定沖切破壞面角度為45°，則沖切承載力按公式Nu=0.7πfth2計(jì)算。

圖9 連接件計(jì)算模型

4 、 接縫防水技術(shù)

預(yù)制外墻板之間的接縫是裝配式外墻體系特有的部位，接縫處采用材料防水和構(gòu)造防水相結(jié)合的做法是日本、我國臺灣地區(qū)預(yù)制外墻板的成熟做法，該構(gòu)造防水組合有一定的抗變形能力，已經(jīng)有幾十年的應(yīng)用歷史，國家規(guī)程推薦采用該接縫防水技術(shù)。

材料防水是指靠防水材料阻斷水的通路，以達(dá)到防水的目的或增加抗?jié)B漏的能力，如接縫處的密封材料應(yīng)選用耐候性密封膠，背襯材料應(yīng)選用發(fā)泡聚乙烯塑料棒，第二道防水的密封膠條應(yīng)選用三元乙丙橡膠或氯丁橡膠等。

構(gòu)造防水是指采用合適的構(gòu)造形式，阻斷水的通路，達(dá)到防水的目的。首先要了解雨水侵入外墻板的力學(xué)機(jī)理。如圖10所示，雨水侵入外墻板有自身特性形成的內(nèi)部因素，例如重力作用和毛細(xì)管現(xiàn)象，也有風(fēng)力作用、壓力差等外部因素。對于這些影響，可以采用設(shè)置坡度、加大腔體、增加企口、設(shè)減壓腔等構(gòu)造防水形式。采用材料防水和構(gòu)造防水相結(jié)合，規(guī)程中推薦水平接縫采用企口縫或高低縫，垂直接縫采用雙直槽縫（如圖11所示）。

圖10 雨水侵入預(yù)制外墻機(jī)理

圖11 預(yù)制外墻接縫構(gòu)造示意圖

建筑產(chǎn)業(yè)化具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是我國推動經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、加快城市化進(jìn)程的必然選擇。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是適合當(dāng)前建筑產(chǎn)業(yè)化的一種結(jié)構(gòu)形式，而各種連接是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的連接技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，供設(shè)計(jì)人員參考使用。需要注意的是，建筑產(chǎn)業(yè)化需要設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、質(zhì)監(jiān)等部門密切合作，設(shè)計(jì)人員不能只在家埋頭畫圖，應(yīng)該走出去，去生產(chǎn)廠家、去施工現(xiàn)場多學(xué)多看。

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