施明哲， 李 杰， 廖楨穎， 俞大有， 陳 俊， 陳甫亮

(1 筑友智造建設(shè)科技集團(tuán)有限公司， 長(zhǎng)沙 410000；2 湘潭大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湘潭 411105)

0 引言

由于裝配式建筑的諸多優(yōu)點(diǎn)[1-2]，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的背景下，受到了國(guó)家的大力推動(dòng)。但在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)體系自身或應(yīng)用到住宅建筑中仍存在眾多難以解決的技術(shù)難題[3]。以預(yù)制沉箱(衛(wèi)生間樓板)為例，中國(guó)普遍的預(yù)制沉箱(圖1)通常采用四周出筋，與梁疊合澆筑的形式。預(yù)制沉箱外伸鋼筋具有工廠制作復(fù)雜、運(yùn)輸困難等缺點(diǎn)，預(yù)制沉箱又有沉箱吊裝定位、找平較為困難、施工精度難以保證等弊端。這些問(wèn)題不僅是預(yù)制沉箱的問(wèn)題，也是推行裝配式建筑需要解決的問(wèn)題，為此，本文擬對(duì)預(yù)制沉箱展開討論。

圖1 沉箱節(jié)點(diǎn)與連接件

傳統(tǒng)樓板加上四個(gè)側(cè)壁作為整體參與受力即為預(yù)制沉箱。為實(shí)現(xiàn)樓板構(gòu)件裝配化，有學(xué)者采取預(yù)制倒T形肋后澆板形式[4-5]，也有學(xué)者采取夾層板、輕質(zhì)板、鋼-混凝土組合板等形式[6-7]。此外，學(xué)者們也嘗試在疊合面加入各種纖維[8-10]，或在拼縫處采用頂桿連接[11]等多種方法。這些拼裝方法對(duì)于預(yù)制沉箱與疊合梁的連接有一定參考價(jià)值，但也有其局限性。主要問(wèn)題在于，預(yù)制沉箱是通過(guò)側(cè)壁與梁疊合，側(cè)壁出筋是必須解決的問(wèn)題。在節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題上，學(xué)者們提出了多種干、濕式連接方法[12-15]，但并未重視構(gòu)件定位、找平的問(wèn)題。為此，如圖1所示，本試驗(yàn)提出了可調(diào)豎向受力連接件和永久拉剪連接件，將其運(yùn)用在預(yù)制整體式衛(wèi)生間沉箱(后文簡(jiǎn)稱全預(yù)制沉箱)上。全預(yù)制沉箱具有如下優(yōu)勢(shì)：1)全預(yù)制沉箱可提前預(yù)埋波紋套筒，四面不出鋼筋，制作難度降低，滲漏隱患小；2)通過(guò)可調(diào)豎向受力連接件實(shí)現(xiàn)試件定位與找平，施工成本低、效率高、施工安全性好；3)固定后通過(guò)連接件與疊合層混凝土連接，可保證沉箱使用狀態(tài)的安全性。

為考察該連接件的力學(xué)性能，對(duì)該全預(yù)制沉箱進(jìn)行四點(diǎn)靜力加載試驗(yàn)，模擬衛(wèi)生間樓板使用階段的受力狀態(tài)。完整記錄了全預(yù)制沉箱試件的現(xiàn)場(chǎng)裝配、疊合梁二次澆筑、試驗(yàn)加載直至破壞全過(guò)程，將荷載-跨中位移曲線及荷載-應(yīng)變曲線與試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比和分析。

1 試件設(shè)計(jì)與安裝

1.1 沉箱試件設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用某公司提供的全預(yù)制沉箱與疊合梁，沉箱與疊合梁尺寸見(jiàn)表1，配筋見(jiàn)圖2。

圖2 沉箱與疊合梁配筋圖

表1 試件尺寸

1.2 試件安裝

傳統(tǒng)預(yù)制沉箱沒(méi)有支撐件，安裝時(shí)需要先搭設(shè)支撐架，并通過(guò)腳手架頂托調(diào)平；新型全預(yù)制沉箱構(gòu)造設(shè)置可調(diào)豎向受力連接件，依靠連接件直接置于墻或梁上，無(wú)需腳手架，并通過(guò)豎向螺栓進(jìn)行調(diào)平，更為方便快捷。以本試驗(yàn)為例，如圖3(a)所示，在計(jì)劃場(chǎng)地安置沉箱和疊合梁，并在其間留20mm夾縫以模仿實(shí)際使用過(guò)程中的邊界條件。起吊沉箱后撤去下部支墩，在沉箱外壁水平齒紋上安置可調(diào)豎向受力連接件，見(jiàn)圖3(b)。用水平激光儀確定標(biāo)高，通過(guò)調(diào)整可調(diào)豎向受力連接件的豎向螺栓完成標(biāo)高找平和構(gòu)件間的初次連接，見(jiàn)圖3(b)。撤去吊裝拉力并把特定螺栓擰入預(yù)埋直螺紋套筒，形成永久拉剪連接件，見(jiàn)圖3(c)。用泡沫膠將夾縫封底，現(xiàn)場(chǎng)澆筑疊合梁，見(jiàn)圖3(d)。留同條件養(yǎng)護(hù)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，澆筑完成，見(jiàn)圖3(e)。

圖3 試件示意與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物

2 試驗(yàn)概況與測(cè)點(diǎn)布置

2.1 加載設(shè)備

試驗(yàn)在湘潭大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室完成，主要設(shè)備包括單通道電液伺服加載系統(tǒng)和反力框架。加載系統(tǒng)額定加載荷載為±1 000kN，加載行程為±250mm。該加載系統(tǒng)可采用荷載控制與位移控制兩種方式加載，實(shí)際加載現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖4。

圖4 實(shí)際加載現(xiàn)場(chǎng)

2.2 加載方式

全預(yù)制沉箱與疊合梁通過(guò)現(xiàn)澆混凝土和連接件相連為一個(gè)整體后，側(cè)梁直接放置于地面。全預(yù)制沉箱受力特點(diǎn)為南北支撐、東西自由狀態(tài)。作動(dòng)器作用于上分配梁中點(diǎn)，其豎向荷載通過(guò)兩次分配作用于沉箱底板，試件放置與加載示意見(jiàn)圖5。

圖5 加載方式示意圖及實(shí)景圖

2.3 加載方案

2.3.1 預(yù)加載階段

加載控制方式為荷載控制。為確保試件各部分接觸良好，并能夠進(jìn)入正常工作狀態(tài)，需檢查全部試驗(yàn)裝置是否可靠、全部測(cè)試儀器儀表是否工作正常，經(jīng)過(guò)三次預(yù)加載，使荷載與變形關(guān)系趨于穩(wěn)定。具體加載過(guò)程為：0→20kN→5kN→20kN→5kN→20kN→5kN。

2.3.2 正式加載階段

加載控制方式為位移控制。本試驗(yàn)采用位移控制的加載模式。其加載速度、荷載級(jí)差、持荷時(shí)間依試驗(yàn)進(jìn)程決定，具體加載過(guò)程為開始加載→試件達(dá)下屈服點(diǎn)(50mm)→試件屈服完成(140mm)→極限承載力(180mm)→試件破壞(240mm)，加載制度的具體參數(shù)為表2。

表2 正式加載階段的加載制度

2.4 測(cè)點(diǎn)布置

2.4.1 位移計(jì)布置

為測(cè)得邊梁的豎向變形情況，南北面各設(shè)置了4個(gè)量程50mm的應(yīng)變式位移計(jì)；為測(cè)得沉箱中點(diǎn)的豎向位移，設(shè)置了1個(gè)量程200mm的應(yīng)變式位移計(jì)(中途重新進(jìn)行架設(shè))。位移計(jì)布置見(jiàn)圖6。

圖6 位移計(jì)布置示意圖及實(shí)景圖

2.4.2 應(yīng)變片布置

為了解全預(yù)制沉箱側(cè)壁與疊合梁的連接性能，在北面?zhèn)缺谪Q向不同鋼筋安置了應(yīng)變片A1～A3，在可調(diào)豎向受力連接件上安置了應(yīng)變片C1，C2。南面應(yīng)變片與北面應(yīng)變片反對(duì)稱布置，為B1～B3，D1，D2。應(yīng)變片平面布置如圖7所示。

圖7 應(yīng)變片平面布置

3 試驗(yàn)現(xiàn)象

加載前測(cè)得澆筑時(shí)留置的全預(yù)制沉箱及預(yù)制邊梁試塊強(qiáng)度，其立方體抗壓強(qiáng)度平均值為32.7MPa；測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)澆筑邊梁疊合層留置的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊強(qiáng)度，其立方體抗壓強(qiáng)度平均值為43.8MPa。

第一條裂縫出現(xiàn)在全預(yù)制沉箱與側(cè)梁交接處，此時(shí)加載荷載為110kN，跨中撓度為4mm，見(jiàn)圖8(a)。其余關(guān)鍵裂縫出現(xiàn)順序?yàn)椋撼料涞装迮c側(cè)壁交接處(底板節(jié)點(diǎn))、側(cè)壁與側(cè)壁交接處、底板受拉區(qū)混凝土開裂、板面沿塑性絞線開裂至板面呈“倒錐臺(tái)式”破壞。裂縫發(fā)展過(guò)程中，沉箱底板與側(cè)壁交接處的裂縫發(fā)展最為明顯，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)不僅可以觀察到大量混凝土表皮隆起和脫落，更可以明顯觀察到底板加腋處加強(qiáng)筋凸出。至試驗(yàn)結(jié)束，沒(méi)有鋼筋斷裂聲，疊合梁整體完好，關(guān)鍵裂縫和現(xiàn)象見(jiàn)表3，破壞過(guò)程見(jiàn)圖8。

圖8 破壞過(guò)程圖

表3 關(guān)鍵裂縫和現(xiàn)象

4 試驗(yàn)結(jié)果及其分析

4.1 荷載-位移曲線

本試驗(yàn)全預(yù)制沉箱南北側(cè)壁上共安置8個(gè)位移計(jì)。試驗(yàn)結(jié)束后，由于沉箱中心的撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于側(cè)壁上的位移，且南面4個(gè)位移計(jì)讀數(shù)相差不大，同時(shí)北面4個(gè)位移計(jì)讀數(shù)相差也不大。取南北面平均值作為支座沉降，取跨中實(shí)際撓度=中間實(shí)測(cè)撓度-南支座沉降/2-北支座沉降/2。荷載-撓度曲線見(jiàn)圖9。

由圖9可知，將試件的破壞過(guò)程大體分為五個(gè)階段：1)線彈性階段；2)彈塑性階段；3)屈服階段；4)強(qiáng)化階段；5)破壞階段。實(shí)際加載采用位移控制，在跨中撓度達(dá)到2.4mm之前，荷載-位移曲線為直線，表明試件處于線彈性狀態(tài)；此后，直線開始“跳動(dòng)”，線形由直線變成曲線，表明試件開始受損，進(jìn)入彈塑性階段，當(dāng)跨中撓度為4mm(關(guān)鍵荷載為110kN)時(shí)觀測(cè)到第一條裂縫；當(dāng)荷載達(dá)到212kN，試件達(dá)到上屈服點(diǎn)，此時(shí)跨中撓度約為22mm，隨后承載力略有下降，但基本維持在185kN以上；當(dāng)跨中撓度為29mm(關(guān)鍵荷載為200kN)時(shí)沉箱底板受拉區(qū)混凝土開裂，此前所有裂縫僅出現(xiàn)和發(fā)展于各部件交接處；試件屈服后，跨中撓度發(fā)展明顯，沉箱板面四個(gè)支座處混凝土隆起并沿塑性鉸線與四角逐漸連通；當(dāng)跨中撓度達(dá)到125mm左右，荷載-撓度曲線開始由水平向傾斜發(fā)展，承載力再次上升，表明試件進(jìn)入強(qiáng)化階段，最大承載力可達(dá)234kN；達(dá)到最大承載力后，試件進(jìn)入破壞階段，承載力下降，由于沉箱底板大塊混凝土脫落，跨中撓度太大，試驗(yàn)結(jié)束。卸載過(guò)程中，直線傾斜，表明試件仍有部分承載力。

圖9 荷載-撓度曲線

圖10 割線剛度-撓度曲線

此外，沉箱與側(cè)梁交接處出現(xiàn)第一條裂縫時(shí)，試件整體處于線彈性狀態(tài)，直至試驗(yàn)結(jié)束，此處裂縫只是稍有發(fā)展，由此判定連接處主要由連接件傳遞荷載。如使用更接近預(yù)制沉箱混凝土強(qiáng)度的混凝土，可能使得開裂荷載提前，但后澆混凝土強(qiáng)度對(duì)試驗(yàn)影響可以忽略。

割線剛度K定義為：

K=F/X

式中：F為作動(dòng)器荷載值；X為作動(dòng)器位移值。

割線剛度的變化代表著試件剛度的變化。將割線剛度-撓度曲線分為兩個(gè)階段來(lái)分析。第一階段：撓度為50mm之前(圖9的屈服點(diǎn))；第二階段：撓度為50mm之后。在第一階段，剛度開始減小的起始點(diǎn)，剛好是圖9的屈服點(diǎn)，表明試件在屈服前具有較好的線彈性；此后割線剛度逐漸減小，表明試件的破壞是漸進(jìn)的；而在圖8所示的試驗(yàn)現(xiàn)象中，破壞主要集中在底板與底板節(jié)點(diǎn)(底板與側(cè)壁相交處)，這表明試件的剛度減小與沉箱節(jié)點(diǎn)無(wú)關(guān)。在第二階段，剛度基本維持不變，底板撓度急劇增加，結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象，底板和底板節(jié)點(diǎn)雖然有較大的破損，但仍然能夠繼續(xù)承載，排除了底板和底板節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致沉箱節(jié)點(diǎn)(側(cè)壁與疊合梁相交處)不能充分受力的可能，沉箱節(jié)點(diǎn)充分受力仍然保持剛度不降，表明沉箱節(jié)點(diǎn)仍然具有充分的安全富余。

4.2 延性與承載力

4.2.1 延性

試件從屈服到破壞撓度變化較大。根據(jù)文獻(xiàn)[16]，引入位移延性系數(shù)，位移延性系數(shù)定義為：

μ=Δu/Δy

(1)

式中：Δu為跨中樓板底部的豎向極限位移；Δy為跨中樓板底部的屈服位移。

位移延性系數(shù)是反映試件延性性能的指標(biāo)之一，一般用于柱類構(gòu)件，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)認(rèn)為鋼筋混凝土柱的位移延性系數(shù)應(yīng)大于3，數(shù)值越大表明試件的延性越好，本文試件計(jì)算得出的位移延性系數(shù)約為10。參考規(guī)范和文獻(xiàn)[17]的計(jì)算結(jié)果，可認(rèn)為該試件延性良好。

4.2.2 承載力

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2018)[18]的相關(guān)規(guī)定，衛(wèi)生間活載取2.5kN/m2，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，恒載取10kN/m2。

荷載設(shè)計(jì)值的計(jì)算為[18]：

(2)

Sd=1.3×10+1.5×2.5=16.75kN/m2

沉箱尺寸：2.86×2.11=6.03m2。

開裂荷載：110÷6.03=18.24kN/m2。

極限荷載：234÷6.03=38.81kN/m2。

式中：γGi為第i個(gè)永久作用的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；SGik為第i個(gè)永久作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，取10；γP為預(yù)應(yīng)力作用的分項(xiàng)系數(shù)，取0；SP為預(yù)應(yīng)力作用有關(guān)代表值的效應(yīng)，取0；γQ1，γQj為第1個(gè)和第j個(gè)可變作用的分項(xiàng)系數(shù)，γQ1取1.5，其余取0；γL1，γLj為第1個(gè)和第j個(gè)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)，取1.0；S1K為第1個(gè)可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，取2.5；ψcj為第j個(gè)可變作用的組合值系數(shù)，取0；Sjk為第j個(gè)可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，取0；該試件實(shí)際開裂荷載和極限荷載均大于由《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2018)計(jì)算的荷載16.75 kN/m2，表明底板可以滿足實(shí)際使用需求。

4.3 鋼筋應(yīng)變

為考察連接件的受力性能，在全預(yù)制沉箱側(cè)壁豎向鋼筋和可調(diào)豎向受力連接件上的鋼筋上同時(shí)布置應(yīng)變片，共布置了A，B，C，D應(yīng)變片，其中A，B應(yīng)變片分別有A1，A2，A3，B1，B2，B3，C，D應(yīng)變片分別有C1，C2，D1，D2。其中A，B應(yīng)變片的布置具體為：A1，B1應(yīng)變片靠近沉箱角點(diǎn)；A3，B3靠近沉箱正中，荷載-應(yīng)變曲線如圖11所示，側(cè)壁應(yīng)變片布置放大圖如圖12所示。在作動(dòng)器施加荷載達(dá)到200kN前，整個(gè)曲線筆直，表明試件的剛度較好，此時(shí)所有A，B應(yīng)變片的應(yīng)變均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于200με，也就是說(shuō)這些鋼筋受拉并不顯著，而200kN已經(jīng)接近沉箱的最大承載力234kN。結(jié)合裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展可知，在施加荷載達(dá)到110kN左右時(shí)，裂縫已經(jīng)出現(xiàn)并且發(fā)展，試件的剛度也已經(jīng)下降(圖9開裂點(diǎn))，而圖11的荷載-應(yīng)變曲線在荷載達(dá)到至200kN前仍然筆直。

圖11 荷載-應(yīng)變曲線

圖12 側(cè)壁應(yīng)變片布置放大圖

這種矛盾現(xiàn)象的產(chǎn)生原因?yàn)?，裂縫發(fā)展帶來(lái)的剛度下降主要集中在底板節(jié)點(diǎn)，而此時(shí)側(cè)壁與側(cè)壁節(jié)點(diǎn)破損并不大，所以沉箱節(jié)點(diǎn)附近的A，B應(yīng)變片斜率筆直，這也與實(shí)際的試驗(yàn)現(xiàn)象相符合(圖8的裂縫發(fā)展主要集中在底板節(jié)點(diǎn))。由于試驗(yàn)采取位移控制的加載方式，隨著加載的繼續(xù)進(jìn)行，荷載并沒(méi)有進(jìn)一步的加大，基本維持在200kN左右；此后伴隨裂縫的發(fā)展，底板節(jié)點(diǎn)的破壞現(xiàn)象越發(fā)顯著，A，B應(yīng)變片的應(yīng)變也開始增加，也就是說(shuō)，荷載并不是造成A，B應(yīng)變片所在鋼筋受拉加劇的直接原因，底板節(jié)點(diǎn)的失效才是導(dǎo)致這些鋼筋受拉加劇的真正原因。

由圖11(a)，(b)均可發(fā)現(xiàn)，整個(gè)沉箱試件屈服后，居中鋼筋(A3，B3應(yīng)變片)的應(yīng)變發(fā)展較靠近角點(diǎn)的鋼筋(A1，B1應(yīng)變片)應(yīng)變更為充分，即為了產(chǎn)生相同的應(yīng)變，居中鋼筋所需的作動(dòng)器施加荷載更小，這表明角部鋼筋的受拉是小于居中鋼筋的，這與實(shí)際現(xiàn)象相一致，底板最大撓度的位置就是底板正中。圖11(a)的A1，A2應(yīng)變片在后期產(chǎn)生了一個(gè)“應(yīng)變回彈”(荷載值增加，應(yīng)變值減小)的現(xiàn)象。

這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?yàn)椋@些鋼筋在本該受拉的時(shí)刻受到了一定程度的壓力。結(jié)合圖5的南北約束條件不同，B應(yīng)變片所在的南面有地形約束，而A應(yīng)變片所在的北面無(wú)地形約束，在加載過(guò)程中，北面疊合梁底部外側(cè)有一定空隙，認(rèn)為梁出現(xiàn)了向內(nèi)的翻轉(zhuǎn)，南面則無(wú)此現(xiàn)象。也就是說(shuō)，北面疊合梁的向內(nèi)翻轉(zhuǎn)給了側(cè)壁一個(gè)壓力，一定程度上減小了側(cè)壁的內(nèi)拱。A3應(yīng)變片無(wú)此現(xiàn)象的原因是，A3應(yīng)變片是側(cè)壁靠近底板正中的鋼筋，所受拉力較其他應(yīng)變片更大，應(yīng)變發(fā)展也更早，梁的翻轉(zhuǎn)并不是突然產(chǎn)生的，在梁翻轉(zhuǎn)的過(guò)程中，A3應(yīng)變片所處的鋼筋已經(jīng)抵消了這部分壓力帶來(lái)的影響。由圖11(c)可知，C1，C2，D1，D2應(yīng)變片的基本發(fā)展趨勢(shì)類似。對(duì)比與C1，C2，D1，D2應(yīng)變片位置相近的A2，B2應(yīng)變片發(fā)現(xiàn)：C，D應(yīng)變片在荷載為160kN左右，曲線由直線變成曲線，早于A2，B2應(yīng)變片(190kN)，表明可調(diào)豎向連接件較早地承擔(dān)了傳遞荷載的工作。A2應(yīng)變片約在應(yīng)變?yōu)? 250με出現(xiàn)荷載二次上升(應(yīng)變?cè)黾拥耐瑫r(shí)荷載值第二次增大)；C1，C2應(yīng)變片約在1 250με出現(xiàn)荷載二次上升；B2應(yīng)變片荷載上升出現(xiàn)在1 500με；D1，D2應(yīng)變片約在800με?？偟膩?lái)說(shuō)，連接件處應(yīng)變片(C1，C2，D1，D2)出現(xiàn)荷載二次上升這種現(xiàn)象或早于或等于側(cè)壁豎向鋼筋上的應(yīng)變片(A1，A2，A3，B1，B2，B3)，認(rèn)為連接件在后期承載過(guò)程中依然是主要受力部件。

4.4 受力分析

當(dāng)全預(yù)制沉箱與疊合梁通過(guò)連接件和后澆混凝土連接成為一體后，具體的傳力方式為：沉箱底板受力傳遞給沉箱側(cè)壁，側(cè)壁通過(guò)連接件和混凝土傳遞給疊合梁。在整個(gè)傳力過(guò)程中，可能產(chǎn)生兩種破壞：一是構(gòu)件破壞；二是節(jié)點(diǎn)破壞。

因此，本文試件數(shù)量只有一個(gè)，參數(shù)對(duì)比卻有幾組，分別是：底板構(gòu)件、底板節(jié)點(diǎn)、沉箱節(jié)點(diǎn)。通過(guò)前文對(duì)底板延性和承載性能分析可知，底板能夠滿足規(guī)范和實(shí)際使用需求，在此種情況下，試驗(yàn)結(jié)束是因?yàn)榈装鍝隙冗^(guò)大，同時(shí)底板節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)筋外漏凸出。從構(gòu)件角度出發(fā)，可以認(rèn)為底板已經(jīng)達(dá)到承載力的極限狀態(tài)，從節(jié)點(diǎn)角度出發(fā)，加強(qiáng)筋的凸出使得底板節(jié)點(diǎn)也不適于繼續(xù)加載。相較于底板和底板節(jié)點(diǎn)的顯著破壞，沉箱側(cè)壁處連接件仍能發(fā)揮作用，具體體現(xiàn)在疊合梁整體完整且僅在側(cè)壁與疊合梁交接處有一處通長(zhǎng)裂縫?？紤]到側(cè)壁與梁相接處混凝土受剪，此處裂縫從產(chǎn)生到試驗(yàn)結(jié)束并未進(jìn)一步發(fā)展，認(rèn)定混凝土開裂后僅有少量作用，剪力主要由連接件承受。若連接件失效，可能出現(xiàn)此處裂縫劇烈發(fā)展、側(cè)壁位移計(jì)撓度示數(shù)加大、整個(gè)沉箱掉落等現(xiàn)象。但至試驗(yàn)結(jié)束，并未觀察到這些現(xiàn)象。

為更好地理解整個(gè)沉箱試件的受力過(guò)程和性能，還可以抽取重要構(gòu)件和部位，進(jìn)行單獨(dú)的受力分析，側(cè)壁受力分析圖如圖13所示，具體如下：對(duì)沉箱側(cè)壁進(jìn)行單獨(dú)的受力分析可知，當(dāng)外加荷載作用于沉箱底板時(shí)，底板通過(guò)錨固鋼筋與加強(qiáng)鋼筋以拉力的形式傳遞給側(cè)壁，側(cè)壁在底部受拉，整個(gè)側(cè)壁由于拉力的作用向內(nèi)拱，于是側(cè)壁與疊合梁相交處混凝土同時(shí)受拉和受剪，這也是第一條裂縫出現(xiàn)在此處的原因。

圖13 側(cè)壁受力分析圖

對(duì)永久拉剪連接件進(jìn)行受力分析可知：當(dāng)施加外加荷載時(shí)，此連接件一方面要承受由側(cè)壁傳遞的剪力，同時(shí)還要承受拉力，在拉力作用下，還產(chǎn)生了一種將連接件拔出的拔出力。傳統(tǒng)的沉箱節(jié)點(diǎn)在此處采取錨固鋼筋和設(shè)置抗拔塊的方式，只是在一定程度上增加了摩擦力。永久拉剪連接件本質(zhì)是通過(guò)螺栓擰入預(yù)埋套筒，由相關(guān)資料可知，如采用8.8級(jí)的M16螺栓，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值大約在400N/mm2，所以在此處設(shè)置的永久拉剪連接件擁有充足的抗拔能力，在破壞前不會(huì)輕易失效。一根M16普通螺栓純抗剪承載力約28kN，而此處采用的螺栓將大于這個(gè)值，配合其抗拉能力，可以認(rèn)定永久拉剪連接件在復(fù)合受力作用下有比采取錨固鋼筋的方式更可靠的性能。

對(duì)可調(diào)豎向連接件進(jìn)行受力分析可知，可調(diào)豎向連接件通過(guò)水平螺桿與豎向螺桿可以完成力的轉(zhuǎn)向和標(biāo)高的找平。水平螺桿自身承受剪力，將連接件與沉箱錨固，并將全預(yù)制沉箱的自重與后期荷載通過(guò)連接件傳遞給連接件的豎向螺桿，豎向螺桿以壓力的形式將荷載傳遞給疊合梁。

可調(diào)豎向連接件安裝、調(diào)平簡(jiǎn)便，施工效率高，至沉箱破壞，連接件仍可安全使用，集經(jīng)濟(jì)性與安全性為一體，具有很大的推廣價(jià)值。

5 結(jié)論

(1)經(jīng)試驗(yàn)研究表明，全預(yù)制沉箱側(cè)壁和疊合梁相交的節(jié)點(diǎn)處采用可調(diào)豎向受力連接件和永久拉剪連接件，滿足強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠有效保證結(jié)構(gòu)施工和使用安全。

(2)底板-底板節(jié)點(diǎn)-沉箱節(jié)點(diǎn)構(gòu)成對(duì)比，在對(duì)比情況下至試驗(yàn)結(jié)束，底板經(jīng)歷了較大變形，荷載也符合實(shí)際使用需求；底板節(jié)點(diǎn)設(shè)有加強(qiáng)筋和充足的鋼筋錨固長(zhǎng)度，破壞現(xiàn)象依舊最為顯著；沉箱節(jié)點(diǎn)在彈性階段發(fā)生微裂縫后續(xù)稍有發(fā)展。試驗(yàn)表明加載過(guò)程中沉箱節(jié)點(diǎn)連接處主要由連接件傳遞荷載，且節(jié)點(diǎn)質(zhì)量具有保證。

(3)采用本文提出的安裝連接節(jié)點(diǎn)做法，在保證安全性的前提下，簡(jiǎn)化了預(yù)制沉箱的安裝工藝，提升了安裝效率，縮短了工期并節(jié)約了成本。