林 谷，黃 澤，劉津成

（1、廣州市第三建筑工程有限公司 廣州510030；2、華南理工大學建筑設計研究院有限公司 廣州510641；3、廣州市建工設計院有限公司 廣州510030）

0 引言

針對上述問題，本文提出一種新型雙鋼企口連接方式，該連接方式運用于梯梁與預制豎向構(gòu)件之間，主要做法是在預制豎向構(gòu)件中預埋鋼構(gòu)托座，另外在梯梁端部預埋雙鋼企口。預埋雙企口的梯梁可直接吊裝放置于預制豎向構(gòu)件的預埋鋼托座上，且下部無需設置支撐體系。隨后鋼企口與托座進行螺栓連接，再進行面筋綁扎，對后澆疊合部分與鋼構(gòu)連接節(jié)點進行澆筑混凝土形成整體連接節(jié)點。

此連接做法可實現(xiàn)周圍連接區(qū)域的預制，增加預制率。其次雙鋼企口連接做法可容錯性強，雙鋼企口梯梁和預埋鋼托座之間設計時考慮容許誤差，使得現(xiàn)場施工效率提高。由于其受力節(jié)點采用鋼結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)施工階段鋼構(gòu)受力，滿足施工無支撐的要求。后續(xù)澆筑疊合層后形成整體受力節(jié)點，其節(jié)點承載力有所提高，充分保證梯梁的受剪和受扭的承載力性能。本文以某工程的預制梯梁和預制豎向構(gòu)件采用此新型節(jié)點為例，詳細介紹此新型節(jié)點連接技術的受力性能以及施工工藝，充分證明此節(jié)點的可行性和可靠性。

1 連接介紹

1.1 預制豎向構(gòu)件與預制梯梁連接節(jié)點

以預制豎向構(gòu)件與預制梯梁的連接節(jié)點為例介紹新型雙鋼企口的連接技術，此節(jié)點還可創(chuàng)新運用在主次梁連接、預制豎向構(gòu)件與預制梁之間的連接。新型雙鋼企口連接節(jié)點主要由預留在預制豎向構(gòu)件的鋼托座、預埋在預制梯梁上的雙鋼企口，后澆混凝土三部分組成。其中鋼托座主要是由4 塊鋼板焊接而成，雙鋼企口外挑部分鋼板設有長圓孔，用于水平方向的誤差調(diào)節(jié)；雙鋼企口與鋼托座連接采用高強螺栓連接（見圖1）。

圖1 雙鋼企口連接節(jié)點Fig.1 Double Steel Joint Connection Node

預制梯梁端部采用雙鋼企口的連接方式。鋼企口預埋在梯梁的部分設有雙面栓釘，栓釘可傳遞剪力，栓釘預制范圍內(nèi)部同時配置有箍筋，可確保栓釘傳力可靠，不會發(fā)生由于剪力過大造成的栓釘破壞的情況，與此同時雙鋼企口所配置的栓釘數(shù)量明顯大于普通鋼企口的數(shù)量，可承受更大的剪力（見圖2）。

圖2 鋼托座及雙鋼企口預埋件圖Fig.2 Steel Bracket and Double Steel Tongue and Groove Embedded Parts

施工工況下，雙鋼企口直接放置于豎向構(gòu)件的預埋鋼托座上，放置后進行鋼企口的螺栓連接，然后綁扎上部面筋，并封模澆筑混凝土形成整體受力節(jié)點，節(jié)點連接示意如圖3 所示。

圖3 節(jié)點連接圖Fig.3 Node Connection Diagram

1.2 受力機理分析

作為一種新型的干式連接節(jié)點形式，確保節(jié)點的受力安全為首要條件，此節(jié)點施工階段確保其受力的主要因素在四個方面：①梯梁內(nèi)預埋雙鋼企口栓釘?shù)氖芰?，鋼企口的端部鋼板受力并將該力通過栓釘傳給預制梯梁，栓釘承受剪力和扭力；②豎向構(gòu)件內(nèi)預埋的鋼托座的螺栓受力，當預制梯梁帶雙鋼企口吊裝就位之后，荷載將傳遞至預制豎向構(gòu)件的鋼托座，而鋼托座通過螺栓與豎向構(gòu)件相連，故螺栓承受拉力、剪力、扭力；③雙鋼企口與鋼托座的連接螺栓受力，當預制斜梯段吊裝完成后，連接節(jié)點受剪力和扭力，其扭力通過鋼托座和鋼企口的連接螺栓進行傳遞，故在受剪和受扭的情況下，螺栓需滿足其傳力介質(zhì)的要求；④施工工況下鋼托座鋼板的受力，此受力主要是由于在螺栓連接前構(gòu)件下部無支撐，鋼托座需承受構(gòu)件重力。由于鋼托座鋼板均為滿焊連接，一般情況下，剪力對鋼板焊縫受剪承載力而言，容易滿足受剪要求。上述四點滿足的情況下，再結(jié)合栓釘和相應的錨固的構(gòu)造要求，可滿足施工工況下的節(jié)點連接。

從上述結(jié)果可知:編號為1,4,5的故障模式，即齒條移動過位、齒面疲勞磨損、齒條斷齒，屬于關鍵故障灰類；編號為3,6的故障模式，即齒條移動發(fā)出異響、齒條移動不平穩(wěn)，屬于主要故障灰類；編號為2的故障模式，即漏油，屬于次要故障灰類。

1.3 有限元計算

采用ABAQUS 有限元軟件對梯梁雙鋼企口連接進行有限元建模，在三維有限元模型建立中，鋼材、高強螺栓以及混凝土均采用三維8 節(jié)點六面體線性減縮積分實體單元（C3D8R）模擬，鋼筋采用Truss 單元模擬。螺栓桿與螺栓之間可簡化綁定約束，其中產(chǎn)生的預緊力通過施加小量的預壓力進行模擬；螺栓帽與鋼企口側(cè)面、螺栓桿與鋼企口及節(jié)點豎板的螺栓孔、鋼企口側(cè)面與豎板豎側(cè)面、鋼企口擱置面與節(jié)點橫托板之間的相互作用均通過面-面接觸的形式進行模擬，按照剛度較大的面定義為主面，剛度較小的面定義為從面的原則，定義接觸對，界面摩擦系數(shù)為0.2。

連接節(jié)點是由4 個高強螺栓預埋定于預制豎向構(gòu)件中，故在螺栓錨固位置范圍內(nèi)約束X、Y、Z 方向的平動自由度。荷載計算考慮預制梁的自重和樓梯傳遞的恒、活荷載，計算組合工況按1.3×恒載+1.5×活載計算，并將樓梯傳遞的荷載分布于混凝土梁一側(cè)進行計算。圖4 分別為鋼托座和雙鋼企口模型網(wǎng)格劃分圖，圖5 分別為雙鋼企口最大主應力以及鋼托座的應力云圖。

由數(shù)值分析結(jié)果可知，雙鋼企口的最大等效應力為177 MPa，鋼托座的最大等效應力為215 MPa 均小于對應材料允許應力，滿足要求。

2 施工流程

具體施工流程如下：預制豎向構(gòu)件吊裝前安裝鋼托座→吊裝預制豎向構(gòu)件→就位、臨時固定于校正→套筒灌漿→水平線抄測→吊裝預制梯梁→雙鋼企口螺栓連接→吊裝預制斜梯段→綁扎面筋→后澆區(qū)域封?！鷿仓炷?。

圖4 有限元模型網(wǎng)格劃分Fig.4 Finite Element Model Meshing

圖5 最大主應力分布圖Fig.5 Maximum Principal Stress Distribution Map

3 施工技術要點

3.1 工廠預制生產(chǎn)

⑴鋼筋采用機械下料、成型，人工綁扎骨架和網(wǎng)片，確保誤差控制在規(guī)范允許偏差范圍內(nèi)。

⑵臺模采用鋼模板，側(cè)模優(yōu)先采用鋼模，雙鋼企口端部封頭板或異形部位可采用木模。鋼企口或鋼筋伸出側(cè)模處須用專用定型橡膠圓塞封堵，防止漏漿（見圖6a）。

⑶預制豎向構(gòu)件的鋼筋套筒預埋，必須采用措施保證預留位置精確并固定牢固。套筒中心位置偏差控制在1 mm 以內(nèi)，機械連接套筒中心位置偏差控制在2 mm 以內(nèi)。

⑷預制構(gòu)件采用商品混凝土或集中攪拌，需嚴格控制好塌落度，振搗時嚴禁振動棒觸碰套筒與鋼企口預埋件。疊合后澆面需要拉毛或壓槽處理形成粗糙面（見圖6b）。

圖6 預制構(gòu)件生產(chǎn)Fig.6 Prefabricated Component Production

⑸構(gòu)件養(yǎng)護采用蒸養(yǎng)或自然養(yǎng)護的方式，起吊脫模時混凝土的強度需滿足設計要求且≥15 MPa［9］。

針對雙鋼企口和鋼托座的新型連接節(jié)點而言，確保預制豎向構(gòu)件鋼托座與預制梯梁上的雙鋼企口的預埋定位精準無誤至關重要，這是實現(xiàn)精準定位的前提，故在生產(chǎn)開模過程中需重點控制。

3.2 現(xiàn)場安裝

3.2.1 安裝預制豎向構(gòu)件

塔式起重機參數(shù)配置應滿足最大構(gòu)件吊運要求，吊裝構(gòu)件時應慢起、快升、緩放。每個豎向構(gòu)件至少設置2個吊點，鋼絲繩與構(gòu)件水平夾角應大于45°，不能滿足要求時增設扁擔鋼梁。構(gòu)件吊運過程應安裝纜風繩。

預制豎向構(gòu)件就位后立即安裝可調(diào)斜支撐［9］，如圖7a 所示，斜支撐與樓面的水平夾角應≥50°，每塊構(gòu)架≥2 根。斜撐與預制構(gòu)件可靠連接后，方可松掉鋼絲繩。

3.2.2 安裝預制梯梁

吊裝預制豎向構(gòu)件與套筒灌漿完成，安裝豎向構(gòu)件的鋼托座，兩端鋼托座進行位置基準水平復核及調(diào)整，調(diào)整后進行鋼托座與豎向構(gòu)件螺栓連接，連接固定后進行預制梯梁吊裝，無需架設支撐體系，吊裝梯梁時直接將梯梁放置于鋼托座上（見圖7b），已經(jīng)進行限位，定位精準?？紤]到可能的生產(chǎn)誤差或施工誤差，鋼托座的長圓孔可進行容錯調(diào)整，水平長圓孔的容差差值可達到±5 mm。

圖7 吊裝施工Fig.7 Hoisting Construction

3.2.3 節(jié)點螺栓連接

整個連接節(jié)點的關鍵點在于吊裝梯梁完成后的螺栓連接（見圖8），其是實現(xiàn)節(jié)點受力傳遞的重要介質(zhì)，連接質(zhì)量也對節(jié)點受力有關鍵作用，此處也極有可能由于施工誤差和生產(chǎn)誤差導致螺栓孔無法對孔連接，但是由于之前進行的鋼托座標高復核，以及采用雙鋼企口的水平長圓孔的調(diào)整容錯機制，可解決施工誤差的問題（見圖9）。

圖8 螺栓連接施工Fig.8 Bolted Connection Construction

圖9 梯梁吊裝施工Fig.9 Precast Ladder Beam Hoisting Construction

3.2.4 安裝預制斜梯段

樓層處L 型梯梁澆筑完成，待樓層中間預制梯梁吊裝完成，此時已有工作面進行預制斜梯段的施工，如圖10 所示，斜梯段的施工前需進行標高復核和鋼墊片的調(diào)整，將梯段調(diào)至設計要求的標高方可進行下一步工序。

圖10 預制斜梯段吊裝施工Fig.10 Prefabricated Inclined Ladder Hoisting Construction

3.2.5 節(jié)點封模后澆

綁扎箍筋與上部縱筋后進行封模澆筑，澆筑混凝土等級應不低于梯梁預制采用的混凝土等級，且強度等級不低于C35［9］，同時封模如果操作較為不便的情況下，可在預制梯梁或預制豎向構(gòu)件上預先設置對拉螺栓以用于模板固定，這樣可使得施工封模后澆會變的更加便利，也可防止漏漿［10］。

4 結(jié)論

⑴施工簡便，完成精度高。新型雙鋼企口干式連接節(jié)點采用鋼托座和雙鋼企口鋼構(gòu)連接，其鋼構(gòu)預埋件和預制混凝土構(gòu)件工廠化生產(chǎn)保障其精度，施工時可直接性擱置，且具有一定的靈活調(diào)節(jié)功能，減低了施工難度。

⑵無需支撐，受力有保障。連接節(jié)點采用雙鋼企口連接，考慮施工工況下荷載作用，無需采用復雜的支撐體系，可安全承載。

⑶可同層施工，解決預制難點部位。預制構(gòu)件的新型雙鋼企口連接的應用可將梯梁以及周圍豎向構(gòu)件進行預制，并同層施工，在施工進度上有所益處。