陳威鋼 鄭七振 龍莉波 馬躍強 陳 剛 章 誼

1. 上海理工大學環(huán)境與建筑學院 上海 200093；2. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；3. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

1 研究背景

我國預制裝配式混凝土技術較為落后，多種因素制約了裝配式建筑的發(fā)展。隨著我國建筑工業(yè)化的不斷發(fā)展，中央和各級地方政府相繼出臺各項利好政策，裝配式建筑行業(yè)迎來了黃金發(fā)展期。

框架結構是建筑工程中應用最廣泛的一種結構形式，連接方式是預制混凝土框架結構體系的核心技術[1]。整澆濕式連接是目前工程常用的構件連接方式之一。這種連接方式是通過后澆混凝土將預制構件連接在一起。預制構件鋼筋連接方式有灌漿套筒連接、漿錨搭接和鋼筋搭接連接等，但都或多或少存在一些缺陷。

2 前期試驗研究

超高性能水泥基復合材料（UHPC）是一種高強度、高韌性、低孔隙率的超高強度水泥基材料，具有優(yōu)越的力學性能，其抗壓強度大于150 MPa，抗拉強度大于7 MPa，極限拉伸應變大于0.2%，是一種類金屬新型材料[2]。同時具有自流平特性、自密實性能、易澆筑、易振搗、常溫常壓養(yǎng)護等超高施工性能。目前UHPC在市政工程、橋梁工程和結構加固維修等領域都有大量應用，國外文獻也將UHPC用于預制構件后澆連接，研究結果表明，可以有效減少鋼筋搭接長度且具有良好的整體性。目前國內(nèi)關于UHPC用于后澆濕連接的研究較少，沒有確切的試驗結論。

為了改善預制構件在連接上存在的問題，推動預制裝配式建筑的發(fā)展，上海理工大學和上海建工二建集團有限公司研究團隊合作，基于UHPC優(yōu)異的性能，提出一種全新裝配連接方式：鋼筋搭接連接＋UHPC后澆的構件連接方式。團隊采用上海羅洋新材料科技有限公司的Tenacal T180型號UHPC材料先后開展了拉拔試驗、梁受彎性能試驗、柱抗震性能試驗、梁柱節(jié)點抗震試驗等基礎研究工作。

試驗結果表明，鋼筋在UHPC的合理錨固長度為4d（d為鋼筋直徑）[3]，以UHPC連接的裝配梁在荷載作用下裂縫發(fā)展緩慢，鋼筋未出現(xiàn)滑移，當鋼筋搭接長度為10d時，承載能力和變形能力與整澆試件相當[4]。以UHPC連接的預制柱承載力均好于整澆構件，當鋼筋搭接長度為10d時，試件的耗能能力與整澆試件相當[5]。以UHPC連接的梁柱節(jié)點具有良好的整體性，當鋼筋搭接長度為10d時，試件具有等同現(xiàn)澆的抗震耗能能力[6]。

綜上所述，當鋼筋的搭接長度為10d時，以UHPC連接的裝配式試件具備了等同現(xiàn)澆的承載能力和耗能能力，某些性能指標甚至優(yōu)于整澆試件。不僅有效地縮短了鋼筋搭接長度，方便施工，更有效地保證了試件的力學性能，極大地改善了構件連接存在的問題。

3 新型裝配式框架結構體系

在前期研究的基礎上，研究團隊進一步提出“預制節(jié)點＋梁柱構件＋UHPC連接”的裝配框架體系。該體系梁、柱和節(jié)點均采用工廠預制，在現(xiàn)場通過鋼筋搭接后澆UHPC進行連接（圖1）。與傳統(tǒng)的裝配模式相比，這種裝配模式具有以下優(yōu)點：鋼筋采用短連接，施工方便；節(jié)點采用工廠預制，整體性能好；接頭部分位于受力較小區(qū)域；施工質量檢測方便。如果能夠證明這種裝配結構性能能夠達到或接近整澆框架的水平，則推廣后會極大地提高裝配式建筑的生產(chǎn)效率，有利于推動裝配式建筑的發(fā)展。

3.1 預制節(jié)點

節(jié)點采用預制是該體系的特點之一，預制節(jié)點能夠保證節(jié)點質量，使結構在地震荷載作用下節(jié)點不易被破壞，震后建筑便于修復，實現(xiàn)強節(jié)點的設計意圖。預制節(jié)點根據(jù)柱鋼筋設計位置預留鋼筋孔，以便柱鋼筋穿過與上層柱鋼筋連接（圖2），并在連接面按照規(guī)范要求設置相應的鍵槽和粗糙面，增加構件的連接性能和抗剪能力，在節(jié)點核心區(qū)側端預留一定長度的懸臂梁，方便與預制梁連接。

圖1 新預制裝配框架體系示意

圖2 預制節(jié)點示意

3.2 梁連接

預制梁鋼筋通過搭接方式與預制節(jié)點連接，搭接長度為10d，通過后澆UHPC實現(xiàn)預制構件間的連接。預制構件連接端均設置鍵槽和粗糙面，增加構件的連接性能和抗剪能力。由于UHPC強度大，具有在受力時不易開裂的特點，將連接段設置在離節(jié)點核心區(qū)1.5倍梁高處，使結構在地震作用下塑性鉸首先出現(xiàn)在后澆段與節(jié)點核心區(qū)之間的部位（圖3），這樣能夠有效地增加結構的耗能能力，減小節(jié)點核心區(qū)的剪切變形，保護節(jié)點核心區(qū)，實現(xiàn)“強節(jié)點，弱構件”的設計指導思路[7-8]。

3.3 柱連接

預制柱連接部位設置在預制節(jié)點上方，這樣設置可以使預制節(jié)點成為二維構件，方便運輸和施工。預制柱鋼筋穿過預制節(jié)點預留鋼筋孔與上層柱鋼筋搭接連接，搭接長度為10d。通過后澆UHPC實現(xiàn)構件連接（圖4）。預留鋼筋孔用灌漿料通過壓力注漿填充密實，實現(xiàn)力的傳遞。預制節(jié)點和下層柱之間設置坐漿層，實現(xiàn)下層柱與預制節(jié)點之間的連接。預制構件連接面均設置抗剪鍵槽和粗糙面，增加連接的整體性。

4 施工方式

圖3 預制梁連接示意

圖4 預制柱連接示意

下部基礎完成后首先吊裝底層預制柱，預制柱鋼筋與基礎預留鋼筋搭接連接后澆筑UHPC。完成柱安裝后再吊裝預制節(jié)點，通過坐漿層將預制節(jié)點與預制柱連接，然后吊裝預制梁，將預制梁與預制節(jié)點鋼筋搭接連接，在搭接段后澆UHPC，將預制梁與預制節(jié)點連接?？梢愿鶕?jù)構件的特點開發(fā)U形活動模板，提高支模效率，并可以重復利用。隨后可按照順序逐層吊裝，由于鋼筋全部實現(xiàn)短連接且UHPC強度增長速度較快，所以極大地提高了施工效率。

5 結語

本文梳理了當前預制裝配式框架結構在構件連接中存在的問題，以及為解決這些問題而基于UHPC進行的前期試驗研究。并在此基礎上進一步提出了一種新形式的裝配框架結構體系設想，根據(jù)前期試驗結果將這種結構構件鋼筋搭接長度設定為10d，實現(xiàn)了鋼筋短連接，構件采用二維構件。這種體系具有結構合理、節(jié)點強度高、施工簡便、施工質量易檢測等諸多優(yōu)點，下一步將通過試驗進一步驗證這種結構體系的抗震性能，將此結構體系應用到實際工程中去做進一步論證。