許永慷

(新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院 新疆烏魯木齊 830017)

預(yù)制混凝土剪力墻作為預(yù)制裝配式建筑的主要構(gòu)件，與現(xiàn)澆混凝土剪力墻相比，有著如下優(yōu)點(diǎn)。（1）施工效率高。預(yù)制混凝土剪力墻的生產(chǎn)制作全部在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，制作時(shí)間不受環(huán)境、氣候等不利因素影響，同時(shí)減少了勞務(wù)成本。（2）質(zhì)量可靠。預(yù)制混凝土剪力墻的制造相比于現(xiàn)澆混凝土剪力墻，往往有著完善的生產(chǎn)工藝與質(zhì)量保證。（3）施工便捷。預(yù)制混凝土剪力墻降低了現(xiàn)場(chǎng)工作量，縮短了施工期限，提升了施工效率。（4）節(jié)能環(huán)保。預(yù)制混凝土剪力墻的生產(chǎn)與制作減少了大量現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)施工人員作業(yè)造成的環(huán)境污染，具有節(jié)能、環(huán)保和減排等特點(diǎn)。

近年來(lái)，由于我國(guó)政策措施的實(shí)施以及對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)化的推動(dòng)，眾多學(xué)者開始著重研究預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，尤其在結(jié)構(gòu)的抗震性能、連接方式以及鋼筋連接技術(shù)等方面研究成果頗豐，因此及時(shí)對(duì)近期研究成果加以總結(jié)十分必要。

1 預(yù)制混凝土剪力墻濕連接

預(yù)制混凝土剪力墻體系存在著水平及豎向接縫，其接縫處的連接方式是影響其整體結(jié)構(gòu)性能的重要因素。預(yù)制混凝土剪力墻接縫處的連接方式按施工工藝的不同，大致可以分為濕連接和干連接兩類。預(yù)制混凝土剪力墻的濕連接，即連接節(jié)點(diǎn)需要后澆混凝土或灌注灌漿料等在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次澆筑的連接方式。濕式連接的優(yōu)點(diǎn)在于其整體性較好，常見的濕連接方式有灌漿套筒連接、漿錨搭接連接等。

1.1 灌漿套筒連接

灌漿套筒連接由美國(guó)人Alfred A.Yee所提出，并在夏威夷的一棟酒店建筑中首次應(yīng)用。灌漿套筒連接具有適用性廣、安全性高及安裝方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)最主要采用的鋼筋連接方式，如圖1 所示。灌漿套筒連接總體分為兩類，即半灌漿套筒連接和全灌漿套筒連接。所謂半灌漿套筒連接是指套筒一端通過(guò)內(nèi)螺紋與鋼筋機(jī)械連接，另一端通過(guò)與鋼筋通過(guò)灌漿錨固連接。而全灌漿套筒連接則是兩端皆通過(guò)灌漿料與帶肋鋼筋之間的粘結(jié)咬合力進(jìn)行連接，其成本更加低廉且適用性更廣。預(yù)制混凝土剪力墻中常見的雙排灌漿套筒連接構(gòu)造，其墻體承載力、延性、耗能和剛度退化等抗震性能指標(biāo)與相應(yīng)的現(xiàn)澆剪力墻接近。在此基礎(chǔ)上，張微敬等人[1]又提出了豎向鋼筋采用單排灌漿套筒連接的構(gòu)造方案，并開展試驗(yàn)研究證明了采用該連接構(gòu)造的剪力墻結(jié)構(gòu)各抗震性能指標(biāo)與雙排套筒灌漿連接預(yù)制剪力墻及現(xiàn)澆剪力墻相似，且簡(jiǎn)化了連接構(gòu)造、提高了施工效率、節(jié)約了制造成本。

圖1 套筒灌漿連接

灌漿套筒作為預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)中合理而安全可靠的鋼筋機(jī)械連接接頭已被廣泛應(yīng)用，但仍存在部分問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，如灌漿套筒接頭的性能測(cè)試檢測(cè)方式、套筒區(qū)域配箍形式、施工中的灌漿質(zhì)量控制方法和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及灌漿套筒在剪力墻中的布置形式等。

1.2 漿錨搭接連接

漿錨搭接連接是將水泥基灌漿料灌入插有搭接鋼筋的剪力墻預(yù)留孔道中，從而實(shí)現(xiàn)剪力墻之間的鋼筋搭筋連接的一種連接方式，如圖2 所示。其連接包括金屬網(wǎng)預(yù)成孔漿錨搭接連接、螺旋筋約束漿錨搭接連接和金屬波紋管預(yù)成孔漿錨搭接連接是漿錨搭接連接等多種孔道約束形式。其中金屬波紋管約束預(yù)留孔道漿錨搭接避免了普通漿錨搭接連接抽芯成孔對(duì)周圍混凝土的破壞，同時(shí)又有效控制了由于鋼筋受拉引起的外圍混凝土變形，且金屬波紋管表面凹凸不平，增大了與混凝土的接觸面，從而使結(jié)構(gòu)具有更可靠的連接性能。為了簡(jiǎn)化連接構(gòu)造，降低施工難度，陳昕等人[2]研究了預(yù)埋波紋管單排鋼筋漿錨搭接預(yù)制混凝土剪力墻的抗震性能，結(jié)果表明：?jiǎn)闻配摻顫{錨搭接預(yù)制混凝土剪力墻與鋼筋全數(shù)連接的剪力墻試件具有相似的抗震性能，說(shuō)明在剪力墻非邊緣構(gòu)件采用單排鋼筋漿錨搭接連接形式可靠。

圖2 漿錨搭接連接圖

相較于灌漿套筒連接，漿錨搭接連接成本較低、施工便捷、對(duì)預(yù)制構(gòu)件精度要求不高。但由于其搭接鋼筋不宜采用直徑大于20 mm 的鋼筋，因此不建議在剪力墻邊緣構(gòu)件連接處使用。

1.3 擠壓套筒連接

套筒擠壓連接是另一種鋼筋機(jī)械連接方式，它將需要連接的鋼筋端部插入特制的套筒內(nèi)，利用擠壓機(jī)壓縮套筒，使它產(chǎn)生塑性變形，靠變形后的套筒與帶肋鋼筋的機(jī)械咬合緊固力來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼筋的連接，具體情況見圖3。這種連接構(gòu)造在預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中可以有效傳遞鋼筋應(yīng)力。這種連接方法一般用于直徑為16～40 mm 的二級(jí)鋼筋或三級(jí)鋼筋，分徑向擠壓和軸向擠壓兩種，現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼筋套筒擠壓連接的設(shè)計(jì)原則、性能等級(jí)、安裝質(zhì)量要求、應(yīng)用范圍以及檢驗(yàn)評(píng)定方法等作了具體規(guī)定。為研究采用擠壓套筒連接的預(yù)制混凝土剪力墻的抗震性能，李寧波等人[3]對(duì)一種部分豎向分布鋼筋采用套筒擠壓連接的預(yù)制混凝土剪力墻進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明：預(yù)制剪力墻的抗震性能滿足規(guī)范要求，但變形能力和承載能力的安全儲(chǔ)備小于現(xiàn)澆剪力墻，有待進(jìn)一步研究。

圖3 擠壓套筒

目前，工程實(shí)際中采用這種連接構(gòu)造的案例較少，其用于上、下層墻體豎向鋼筋連接時(shí)，具有施工操作簡(jiǎn)便、省工省料、經(jīng)濟(jì)性好、施工質(zhì)量易檢查等特點(diǎn)，擁有較好的應(yīng)用前景。

1.4 環(huán)筋扣合錨接

環(huán)筋扣合錨接是在剪力墻連接節(jié)點(diǎn)處預(yù)留環(huán)形鋼筋形成套箍，再插入水平鋼筋并綁扎從而實(shí)現(xiàn)剪力墻之間的連接，具體情況見圖4。周健[4]針對(duì)環(huán)筋扣合錨接的錨固性能、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)體系的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，結(jié)果表明：采用該連接方式的預(yù)制混凝土剪力墻的抗震性能基本等同現(xiàn)澆剪力墻，此外，他還提出了環(huán)筋扣合錨接設(shè)計(jì)方法、剪力墻特征承載力及位移計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)體系計(jì)算分析方法，采用環(huán)筋扣合錨接的預(yù)制混凝土剪力墻經(jīng)合理設(shè)計(jì)后可應(yīng)用于工程實(shí)際當(dāng)中。

圖4 環(huán)筋扣合錨接

關(guān)于環(huán)筋扣合錨接力學(xué)性能、受理機(jī)理、抗震性能以及設(shè)計(jì)方法的研究仍較空白，限制了環(huán)筋扣合錨接在工程實(shí)際中的應(yīng)用，可針對(duì)上述問(wèn)題做進(jìn)一步研究。

1.5 現(xiàn)澆帶連接

現(xiàn)澆帶連接通過(guò)改變裝配形式、構(gòu)造和施工工藝實(shí)現(xiàn)預(yù)制結(jié)構(gòu)之間的連接，極大地減少了套筒的使用，降低了制作成本和裝配精度要求[5-6]。例如：預(yù)制混凝土剪力墻的水平和豎向接縫處采用超高性能混凝土（UHPC）現(xiàn)澆帶連接，能夠確保預(yù)制混凝土剪力墻連接段強(qiáng)度，UHPC 連接下的預(yù)制剪力墻具有良好的抗震性能和較好的延性，并且UHPC錨固性能良好，能有效傳遞鋼筋應(yīng)力。

現(xiàn)澆帶連接具有良好的整體性和鋼筋傳力效果，但新舊混凝土粘結(jié)較弱，削弱了剪力墻的抗剪承載力，因此可在接縫處設(shè)置剪力鍵等異形連接面以提高墻體抗震承載力。

2 預(yù)制混凝土剪力墻干連接

干式連接技術(shù)在普通建筑中廣泛應(yīng)用，如國(guó)外停車庫(kù)、學(xué)校、醫(yī)院、寫字樓等多用干式連接技術(shù)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件之間的連接。所謂干式連接，是指預(yù)制構(gòu)件之間采用螺栓或型鋼等直接連接，無(wú)需再進(jìn)行現(xiàn)澆或灌漿工作。其優(yōu)點(diǎn)在于承載力和剛度可靠，等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，但延性和恢復(fù)力性能與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)方法也有所區(qū)別。預(yù)應(yīng)力連接和螺栓連接都是典型的干式連接。

2.1 螺栓連接

螺栓連接（見圖5）作為典型的預(yù)制干連接方式，在國(guó)外應(yīng)用廣泛。采用螺栓連接的預(yù)制混凝土剪力墻的抗震性能同樣可以達(dá)到接近于現(xiàn)澆剪力墻的水平，并且具有連接構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工效率高和質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)。薛偉辰等人[5]對(duì)采用螺栓連接以及采用螺栓、套筒灌漿混合連接的預(yù)制混凝土剪力墻進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究，兩種連接方式的預(yù)制混凝土剪力墻抗震性能均優(yōu)于現(xiàn)澆剪力墻。

圖5 螺栓連接

螺栓連接裝配簡(jiǎn)單，損壞的部件便于更換，抗震性能“等同現(xiàn)澆”。但整體性較差，且連接構(gòu)造通常暴露在外，腐蝕、磨損等情況不可避免，可從結(jié)構(gòu)內(nèi)置螺栓連接方向做進(jìn)一步研究。

2.2 焊接連接

焊接連接多用于鋼板剪力墻或鋼管柱混凝土組合墻中的鋼構(gòu)件連接。剪力墻邊緣構(gòu)件暗柱采用焊接連接，墻體豎向分布鋼筋采用搭接連接，可使預(yù)制混凝土剪力墻的抗震性能與現(xiàn)澆試件基本一致。黃昌輝[6]對(duì)一種采用鋼板焊接連接的預(yù)制混凝土剪力墻進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究。研究表明：增大連接鋼板厚度、增加側(cè)向鋼板對(duì)剪力墻的延性、剛度、承載能力和耗能能力影響較??；提高軸壓比可以明顯提高預(yù)制剪力墻的剛度和承載能力，但會(huì)降低其耗能能力[7-10]。

焊接連接不可避免地有焊接工作量大等問(wèn)題，這就使焊接質(zhì)量和焊接殘余應(yīng)力會(huì)直接影響墻體抗震性能，因此可針對(duì)焊接殘余應(yīng)力對(duì)墻體抗震性能的影響做深入研究。

2.3 無(wú)粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力連接

無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力連接最早由美日在1991 年P(guān)RESS（The Precast Seimic Structural Systems）項(xiàng)目中提出，利用預(yù)應(yīng)力來(lái)提高結(jié)構(gòu)抗震性能。它將后張拉無(wú)粘結(jié)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋穿過(guò)預(yù)制墻板及墻板間的接縫，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性，圖6 為典型的無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力剪力墻構(gòu)造。無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力剪力墻具備了良好的“自復(fù)位”特性，即剪力墻在地震作用后稍加修復(fù)或無(wú)需修復(fù)，即能恢復(fù)其正常使用功能，能顯著減小墻體在地震作用下的殘余變形。且無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度對(duì)抗震性能也有較為明顯的影響，無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度越長(zhǎng)，墻體的屈服強(qiáng)度會(huì)越大，但極限強(qiáng)度反而會(huì)越低。

圖6 典型的預(yù)應(yīng)力預(yù)制剪力墻構(gòu)造

盡管無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力筋連接具有施工便捷、“自復(fù)位”性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其在耗能方面表現(xiàn)較差，針對(duì)這一問(wèn)題，可針對(duì)將耗能部件裝配于結(jié)構(gòu)中以提高其耗能能力進(jìn)行深入研究。

3 結(jié)語(yǔ)

該文系統(tǒng)地介紹了國(guó)內(nèi)外預(yù)制混凝土剪力墻現(xiàn)有的幾種豎向連接方式的最新研究進(jìn)展，綜上所述，國(guó)內(nèi)對(duì)于豎向連接方式的研究和應(yīng)用主要集中在濕連接方式，而如螺栓連接、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力連接等干連接方式僅在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。因此，我國(guó)在預(yù)制結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距。