装配式混凝土结构节点连接技术的研究现状及应用

　　摘要：针对目前装配式混凝土结构常用的节点连接方式进行了归纳和总结，包括螺栓连接、焊接连接、后张预应力连接、套筒灌浆连接、浆锚搭接等五种节点连接方式，主要从基本原理、国内外相关研究应用和质量控制措施及展望等三个方面进行了阐述和探讨，为装配式混凝土工程的节点连接方式选择提供参考和依据。

　　关键词：装配式混凝土结构;节点连接技术;干式连接;湿式连接

　　0 引言

　　改革开放四十年来，随着科学的发展和社会的进步，人们对传统建筑行业弊端严重的现浇生产方式愈发不满，迫切地需要一种新型的生产方式来实现住房城乡建设领域的转型升级，而装配式建筑因其绿色环保、生产高效、资源节约等优点而备受青睐。自2013年开始，国务院、住建部和各级政府便大力提倡发展装配式建筑。但由于我国装配式建筑发展仍处于初期阶段，装配式结构在应用的过程中暴露了很多问题[1]-[2]，其中节点连接技术因对装配式结构的整体性和抗震性影响很大成为了研究的重点[3]-[5]。因此，本文通过查阅大量文献，并结合施工经验对装配式混凝土结构节点连接形式进行了归纳和总结，以使装配式结构节点连接技术能够更好地运用于实际工程之中。

　　1 装配式混凝土结构节点连接形式

　　装配式建筑是指先通过深化设计将建筑整体划分为墙、柱、梁、板等多个结构部件，然后将在预制场内生产好的部件运送至施工现场进行拼装，进而形成一个整体的建筑。装配式混凝土结构连接节点是装配式建筑各部件间的连接枢纽，对结构的整体性能起着举足轻重的作用，根据是否需要浇筑混凝土可分为干式连接节点和湿式连接节点两种。其中干式连接是指将不同部件内的钢筋进行连接的连接形式，常见的有螺栓连接、焊接连接和预应力连接;湿式连接是指在各部件连接部位预留钢筋连接后后浇混凝土的连接形式，常见的有套筒灌浆连接和浆锚搭接。

　　2 干式连接

　　2.1 螺栓连接

　　2.1.1 基本原理

　　螺栓连接需要先在不同的预制构件端部分别预埋钢板和螺栓，然后将预制构件运送至施工现场，在吊装定位后进行组装，从而形成一个受力整体，螺栓连接节点示意图见图1。

　　2.1.2 国内外相关研究及应用

　　美国PCI协会手册[6]中提出了三种螺栓连接方式，研究发现前两种螺栓连接的抗弯及抗剪性能较好，但其节点处承载能力遭到了削弱。2014年薛伟辰等[7]对采用螺栓连接的剪力墙抗震性能进行了研究，结果表明：螺栓连接剪力墙表现出较好的总体延性、抗弯和抗剪性能。2017年代领杰等[8]通过一种新型的螺栓连接方式将框架结构的上、下预制柱进行了连接，并对该螺栓連接节点的受力性能进行了研究，结果表明：该结构具有“等同现浇”的承载能力，但抗震性较差。

　　螺栓连接施工方便，操作简单，有利于节约工期，主要被应用于梁-柱连接、柱-柱连接和墙-梁连接等。目前，装配式混凝土螺栓节点连接技术已被成功地运用于上海城投S7公路项目管理用房项目、上海浦东新区周康航安置房项目等。

　　2.1.3 质量控制措施及展望

　　螺栓连接方式虽然具有绿色环保、承载力高、可大幅度节约工期等优点，但是其缺点也非常明显。首先，螺栓连接的精度要求较高，施工误差对其结构的整体受力性能影响较大，一旦操作不当容易在节点连接部位产生应力集中现象，造成螺栓因承受荷载过大而破坏;其次，螺栓连接方式也存在外漏钢材锈蚀的风险。因此，在招标劳务施工班组时应充分考虑其行业口碑、工人专业化程度等因素，施工过程中坚持样板先行的原则，严格把控施工质量，降低施工误差的不利影响;针对钢筋锈蚀问题，需严格控制结构尺寸误差，以保证钢筋保护层厚度，同时注重该部位的检查和维修。此外，螺栓连接节点容易在集中荷载的作用下而破坏，因此应进一步加强节点耗能装置的研究，以增强螺栓连接部位的耗能能力。

　　2.2 焊接连接

　　2.2.1 基本原理

　　焊接连接是一种采用对焊或搭接焊的方法将两个或多个预制构件的钢筋或钢板连接在一起的装配式混凝土结构节点连接技术。

　　2.2.2 国内外相关研究及应用

　　1993年Ersoy U等[9]对分别采用焊接和现浇方式的7个梁柱节点进行了拟静力对比试验，结果表明：焊接节点在循环荷载作用下的力学性能与现浇结构相当。2013年王鹏等[10]为了研究焊接连接方式对高强螺旋箍混凝土柱力学性能的影响，设计了装配整体式柱和现浇柱的足尺拟静力对比试验，结果表明：该节点形式表现出良好的耗能和抗震能力。2016年陈天宇[11]-[12]提出了一种采用焊接连接的装配式型钢约束混凝土剪力墙结构体系，并通过静力试验和有限元模拟相结合的方法对该体系的抗震性能进行研究，结果表明：焊接连接节点具有安全可靠、塑性变形能力强和抗震性能好的优点。

　　焊接连接节点基本可以达到“等同现浇”的要求，其承载能力、塑性变形能力、刚度等性能与现浇节点基本相当，主要被应用于梁-柱连接、柱-柱连接、墙-墙连接和楼板上下连接等。装配式混凝土焊接节点连接技术被广泛的应用于低多层装配式建筑之中。

　　2.2.3 质量控制措施及展望

　　焊接连接方式也存在一定的缺点，首先其现场工作量大，对焊缝的质量要求严格，焊接质量对连接节点的受力性能影响明显;其次焊接施工过程中产生的高温容易破坏混凝土，导致混凝土强度降低，进而造成节点承载能力降低。因此，应在深化设计阶段合理简化焊接节点构造，减少现场工作量，同时选用技术水平高的施工人员进行焊接作业，并采取一定的措施来防止高温对混凝土的影响。此外，应加强耗能装置的研究，提高节点的耗能能力。

　　2.3 后张预应力连接

　　2.3.1 基本原理

　　后张预应力连接根据预应力筋张拉后是否进行压力灌浆等操作可分为后张有粘结预应力连接和后张无粘结预应力连接。后张预应力连接是指在工厂内预制成形的部件内部设置后张预应力筋导管(后张无粘结预应力连接可不设导管)，待装配式混凝土构件运送至施工现场并吊装定位后对预应力筋施加预应力，利用预应力筋对部件的挤压作用，使不同的部件连接成一个整体。

　　2.3.2 国内外相关研究及应用

　　2004年Felipe J.Perez等[13]基于纤维分析模型研究了采用后张无粘结预应力连接的剪力墙的力学性能，结果表明：该模型应用于预测具有较高的准确性，并提出了一些抗震设计建议。2011年孙巍巍等[14]对采用后张无粘结预应力连接的某两榀八层短肢剪力墻进行了拟静力试验，研究了该连接节点的抗震性能，结果表明：采用后张无粘结预应力连接的剪力墙具有“强墙弱梁”的特点，其裂缝主要发生在墙-连梁结合部位，其余位置基本保持弹性，有利于地震后的修复工作。2018年潘鹏等[15]为了研究后张无粘结预应力连接混凝土节点的抗震性能，设计了现浇和后张无粘结预应力梁柱节点的拟静力对比试验，结果表明：该节点具有优于现浇节点的承载能力、刚度和变形能力，但其耗能能力较弱。

　　后张预应力连接具有承载能力大、变形能力小、施工工作量少、自我恢复能力强的优点，在某些力学性能方面更是优于现浇节点，主要被应用于梁-柱连接、柱-柱连接和墙-墙连接等。目前，装配式混凝土后张预应力节点连接技术已被成功地运用于上海虹桥商务商业社区项目、北京北辰正方酒店式公寓项目等。

　　2.3.3 质量控制措施及展望

　　后张预应力连接具有耗能能力不足的缺点。因此，应采取一定的措施增强其耗能能力，例如在节点连接处设置耗能阻尼器、摩擦钢板等耗能减震装置。但是目前市场上应用的耗能装置安装复杂，成本较高，耗能减震装置空间占用率高的问题也亟待解决，应针对以上问题作进一步的研究。

　　3 湿式连接

　　3.1 套筒灌浆连接

　　3.1.1 基本原理

　　套筒灌浆连接[16]在装配式混凝土结构中的应用十分广泛，通过将预制构件端部预留的钢筋从一端或两端插入套筒内，然后用特制灌浆料填满，当灌浆料凝固后与套筒共同起着连接预制构件的作用。

　　3.1.2 国内外相关研究及应用

　　2012年Paolo Riva等[17]为了研究套筒灌浆连接节点的抗震性能，设计进行了柱-基础套筒灌浆连接件试验，结果表明：套筒灌浆连接的延性和耗能能力表现良好，与现浇结构性能基本相同，达到了“等同现浇”的效果。2018年陈年和等[18]为了研究加载速率对装配式混凝土结构半套筒灌浆连接动态性能的影响，进行了18次动态拉伸试验，结果表明：被连接钢筋的力学性能得到了充分利用;动态荷载对装配式混凝土结构半套筒灌浆连接接头的影响基本可以忽略，在设计时可不予考虑。2019年葛华等[19]采用试验和有限元模拟相结合的方法，分析了各因素对套筒灌浆连接混凝土剪力墙承载力和变形能力的影响效果，结果表明：套筒位置和数量对剪力墙承载力和变形能力的影响较小，砼强度、轴压比、配筋率和配箍率对其影响较大。

　　套筒灌浆连接具有很高的承载能力、良好的抗震和整体性能，可以达到“等同现浇”的要求，主要被应用于柱-柱连接和墙-墙连接等。目前，装配式混凝土套筒灌浆节点连接技术已被成功地运用于北京城市副中心职工周转房项目B1标段、北京怀柔F2项目等。

　　3.1.3 质量控制措施及展望

　　套筒灌浆连接的施工质量容易受到施工条件和人工的影响，而且目前所采用的检测方法无法精确地测出灌浆料的填充饱满程度，难以控制施工质量。因此，应选用专业水平高的施工班组，并合理采用无收缩微膨胀高强度灌浆料以降低材料收缩变形的不利影响，同时利用可靠的方法使灌浆料填充密实以确保灌浆料与钢筋间的粘结强度。目前灌浆料饱满程度无法实现精确测量，在后续研究中应加强套筒注浆新工艺和灌浆料检测新方法的研究。

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文章名称： 装配式混凝土结构节点连接技术的研究现状及应用

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