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    裝配式混凝土結構新型干式連接方式詳解

    時間:2019-10-11 雅安成建工業化建筑信息部


    連接技術是裝配式混凝土結構設計中關鍵的一環。目前,我國常用的裝配式混凝土結構主要有裝配整體式混凝土結構和全裝配混凝土結構2種形式,其中全裝配混凝土結構是依靠干式連接形成整體的裝配式混凝土結構。常見的干式連接主要有牛腿連接、企口連接、螺栓連接和焊接連接等。本文主要探討常見的裝配式混凝土結構干式連接方式,同時簡述若干新型的干式連接技術。


    常見的干式連接形式


    牛腿連接


    所謂“牛腿”實則是指柱體外伸出來的一個支撐固定結構,上部的板或梁搭接在其表面,并可以通過螺栓連接。牛腿連接具有承載力高,施工快等優點被廣泛的應用在實際工程中。根據不同的節點構造方法,牛腿連接還可分為以下幾種連接形式。


    1.明牛腿連接

    明牛腿連接是直接利用柱體外伸的“牛腿”來支撐上部的梁或柱(如圖1所示),該種連接方式具有構造簡單,施工方便,承載力高,安全可靠,可幫助縮短工期等優點。但是,由于外露的牛腿占據的空間較大,且不美觀,因而明牛腿連接目前也只多用于框架較大的工業廠房結構中;


    圖1 鋼筋混凝土明牛腿連接


    2.暗牛腿連接


    相對于明牛腿連接,暗牛腿連接占用空間較小,也更加美觀實用,故在實際工程中的應用也更為廣泛,暗牛腿連接構造如圖2所示。


    圖2 鋼筋混凝土暗牛腿連接


    此外,黃祥海等在《全預制鋼筋混凝土干式框架節點中暗牛腿的分析》一文中還針對暗牛腿連接在裝配式建筑中的應用進行了理論分析,總結推導出其承載力計算公式、受力鋼筋的最大配筋率和可能的破壞形式;


    3.型鋼暗牛腿連接

    型鋼暗牛腿連接實則是將暗牛腿連接中的鋼筋混凝土暗牛腿替換成型鋼暗牛腿,且相對于普通的明牛腿和暗牛腿,型鋼具有較強的抗剪能力,故可實現降低暗牛腿高度的目的。


    企口連接


    企口連接是梁與柱之間連接的一種方式。在全預制鋼筋混凝土框架梁柱干式企口連接中,鋼筋混凝土缺口梁是重要的傳力構件,黃祥海等人曾運用正確的模型和理論,通過分析剛性企口連接中缺口梁的各種破壞形式,得出相應的承載力公式,并借助有限元軟件對構件進行模擬分析,驗證所得結果的可靠性和準確程度,企口連接缺口梁結構如圖3所示。


    1—預制柱;2—梁牛腿;3—缺口梁

    圖3 剛性企口連接缺口梁


    此外,朱筱俊等在參考了黃祥海的試驗研究的基礎上,對新型全預制裝配框架結構中的斜企口梁的受力進行了分析,并得出較為精確的極限承載力計算公式,企口連接斜企口梁結構如圖4所示。


    1—斜企口梁;2—斜牛腿;3—預制柱

    圖4 剛性企口連接斜企口梁


    螺栓連接


    螺栓連接具有操作簡單、工期短等優點。但它對預制構件的精度要求高,且在連接處易出現應力集中現象,因而它的應用受到了一定限制。圖5 給出了梁與梁構件通過螺栓連接在一起的情形。


    圖5 螺栓連接


    呂西林等曾在對一個單層、單跨、三榀、采用橡膠墊螺栓連接梁柱節點的裝配式預制混凝土框架結構進行擬動力試驗,研究該結構在地震作用下的破壞模式、變形、滯回、耗能、強度、剛度等抗震性能。試驗結果表明:采用橡膠墊螺栓連接的裝配式梁柱節點在試驗過程中未產生滑移,試驗結束后節點和橡膠墊仍保持完整,梁、柱接頭無明顯損壞,整個梁柱節點工作良好。所以這種梁柱節點可靠性較高,抗震能力較強,可用于抗震框架結構中。


    焊接連接


    焊接連接避免了現場澆筑混凝土,對環境污染小,但也存在焊縫質量難以控制、焊點剛性大、延性不足等缺點。圖6為焊接連接節點,該節點無明顯的塑性鉸設置,在地震荷載作用下容易發生脆性破壞,抗震性能較差。


    圖6 焊接連接


    新型干式連接方式


    近年來,綠色化、節能化建筑正逐漸成為建筑行業的新潮流,在此大背景下,裝配式混凝土建筑結構迎來了絕佳的發展機遇,并且也被越來越多的應用到工業與民用建筑中,這也為創造出諸多新型的干式連接方式提供了絕佳的條件。


    榫式連接


    榫式連接常用于預制裝配式結構柱體之間的連接,其構造特點是:上柱的端部有預制好的榫頭,在預制柱拼裝的時候,上柱預制的榫頭放在下柱的表面或預留的孔槽之中,并在上、下柱內用焊接連接的方式設置縱向鋼筋,且按照相關規范構造要求配置箍筋,最后在節點處支模并澆筑混凝土形成一個整體,從而達到榫式連接的效果。榫式連接結構如圖7所示。


    圖7 榫式連接結構示意圖


    鍵槽連接


    鍵槽連接作為一種新型的干式連接技術,常用于裝配式混凝土剪力墻結構或大板結構中。常業軍曾針對該連接方式接縫的受力特點和原理及抗震性能進行了理論分析和實驗探究,總結出采用該連接方式的試件的接縫發生破壞時的特點,進而推導出接縫極限抗剪強度的計算公式。因此,為了保證鍵槽連接的接縫處能夠均勻地傳遞剪力,需將密布的小鍵槽均勻地布置在連接部位,然后通過后澆混凝土將上下剪力墻部分連成整體。


    機械連接


    機械連接技術是通過鋼筋與連接件的機械咬合作用或鋼筋端面的承壓作用,將一根鋼筋中的力傳遞至另一根鋼筋的連接方法。目前,錐螺紋接頭、熔融金屬充填接頭、鐓粗直螺紋接頭、套筒擠壓接頭等鋼筋機械接頭在我國的建筑市場上較為常用,這些接頭對應的相關連接方法以及參數的規定在《鋼筋機械連接技術規程》(JGJ107—2010)中均有詳細介紹。


    吳競等提出了一種便于安裝且具有良好的受力性能的干式機械連接梁柱節點。該節點結構為:在預制的柱中預留孔道,預制梁中的鋼筋穿過其中一側的孔道,并在另一側的孔道中與預裝好的彈簧式機械裝置進行螺栓連接,并且為了保證該節點與濕式連接中的現澆節點具有相同的粘結力,在負載前需將連接螺栓擰緊。節點結構如圖8所示。


    圖8 機械式裝配梁柱節點


    接縫防水技術


    裝配式建筑的預制外墻板中會有很多接縫,只有做好這些接縫的防水工作才能保證整棟裝配式建筑的質量。目前,實際工程中常用的接縫防水做法有材料防水和構造防水2種。


    材料防水主要是指借助相應的防水材料,隔斷水通路,從而達到防水或是增加抗滲透能力的目的,比如在接縫處采用三元乙丙橡膠或氯丁橡膠作為阻斷材料等方式。構造防水主要是通過改變結構自身的構造,從而切斷水路的流通,達到防水的效果。如圖9所示,影響雨水侵入外墻板的因素有很多,既有因外墻板自身特性而形成的內部因素,也有外部因素。


    圖9 雨水侵入預制外墻機理


    為解決這些因素帶來的影響,可以通過相應的構造形式,如:增大腔體、改變坡度、減小壓腔、設置企口來達到防水的目的,而且國內外裝配式的規范、規程等也推薦使用材料防水和構造防水相結合的接縫防水技術。


    總結


    裝配式混凝土結構的干式連接,具有施工方便、節省材料、生產效率高、對環境的影響小等眾多優點,這都是濕式連接不能比擬的。但同時我們也要認識到,裝配式混凝土結構干式連接理論體系和技術應用尚未成熟,因而在實際工程中出現了大量的應用問題,而且標準規范指導實際問題也有待提高。因此,國內有關學者應在裝配式建筑結構節點連接方面進行大量的研究和探索,提高干式連接的應用技術;另外,為保證設計、生產和施工的質量和進度,國家也應注重培養相關技術專業的人才,以便于在施工中減少濕作業點,從而達到降低生產和施工成本,提高施工進度和質量以及促進建筑行業綠色健康發展的最終目的。



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