装配式混凝土结构新型干式连接方式详解

时间：2019-10-14 21:30:17 来源：北方建筑

　　连接技术是装配式混凝土结构设计中关键的一环。目前，我国常用的装配式混凝土结构主要有装配整体式混凝土结构和全装配混凝土结构2种形式，其中全装配混凝土结构是依靠干式连接形成整体的装配式混凝土结构。常见的干式连接主要有牛腿连接、企口连接、螺栓连接和焊接连接等。本文主要探讨常见的装配式混凝土结构干式连接方式，同时简述若干新型的干式连接技术。

常见的干式连接形式

牛腿连接

　　所谓“牛腿”实则是指柱体外伸出来的一个支撑固定结构，上部的板或梁搭接在其表面，并可以通过螺栓连接。牛腿连接具有承载力高，施工快等优点被广泛的应用在实际工程中。根据不同的节点构造方法，牛腿连接还可分为以下几种连接形式。

　　1.明牛腿连接

　　明牛腿连接是直接利用柱体外伸的“牛腿”来支撑上部的梁或柱(如图1所示)，该种连接方式具有构造简单，施工方便，承载力高，安全可靠，可帮助缩短工期等优点。但是，由于外露的牛腿占据的空间较大，且不美观，因而明牛腿连接目前也只多用于框架较大的工业厂房结构中;

　　图1 钢筋混凝土明牛腿连接

2.暗牛腿连接

　　相对于明牛腿连接，暗牛腿连接占用空间较小，也更加美观实用，故在实际工程中的应用也更为广泛，暗牛腿连接构造如图2所示。

　　图2 钢筋混凝土暗牛腿连接

　　此外，黄祥海等在《全预制钢筋混凝土干式框架节点中暗牛腿的分析》一文中还针对暗牛腿连接在装配式建筑中的应用进行了理论分析，总结推导出其承载力计算公式、受力钢筋的最大配筋率和可能的破坏形式;

3.型钢暗牛腿连接

　　型钢暗牛腿连接实则是将暗牛腿连接中的钢筋混凝土暗牛腿替换成型钢暗牛腿，且相对于普通的明牛腿和暗牛腿，型钢具有较强的抗剪能力，故可实现降低暗牛腿高度的目的。

企口连接

　　企口连接是梁与柱之间连接的一种方式。在全预制钢筋混凝土框架梁柱干式企口连接中，钢筋混凝土缺口梁是重要的传力构件，黄祥海等人曾运用正确的模型和理论，通过分析刚性企口连接中缺口梁的各种破坏形式，得出相应的承载力公式，并借助有限元软件对构件进行模拟分析，验证所得结果的可靠性和准确程度，企口连接缺口梁结构如图3所示。

　　1—预制柱;2—梁牛腿;3—缺口梁

　　图3 刚性企口连接缺口梁

　　此外，朱筱俊等在参考了黄祥海的试验研究的基础上，对新型全预制装配框架结构中的斜企口梁的受力进行了分析，并得出较为精确的极限承载力计算公式，企口连接斜企口梁结构如图4所示。

　　1—斜企口梁;2—斜牛腿;3—预制柱

　　图4 刚性企口连接斜企口梁

螺栓连接

　　螺栓连接具有操作简单、工期短等优点。但它对预制构件的精度要求高，且在连接处易出现应力集中现象，因而它的应用受到了一定限制。图5 给出了梁与梁构件通过螺栓连接在一起的情形。

　　图5 螺栓连接

　　吕西林等曾在对一个单层、单跨、三榀、采用橡胶垫螺栓连接梁柱节点的装配式预制混凝土框架结构进行拟动力试验，研究该结构在地震作用下的破坏模式、变形、滞回、耗能、强度、刚度等抗震性能。试验结果表明：采用橡胶垫螺栓连接的装配式梁柱节点在试验过程中未产生滑移，试验结束后节点和橡胶垫仍保持完整，梁、柱接头无明显损坏，整个梁柱节点工作良好。所以这种梁柱节点可靠性较高，抗震能力较强，可用于抗震框架结构中。

焊接连接

　　焊接连接避免了现场浇筑混凝土，对环境污染小，但也存在焊缝质量难以控制、焊点刚性大、延性不足等缺点。图6为焊接连接节点，该节点无明显的塑性铰设置，在地震荷载作用下容易发生脆性破坏，抗震性能较差。

　　图6 焊接连接

新型干式连接方式

　　近年来，绿色化、节能化建筑正逐渐成为建筑行业的新潮流，在此大背景下，装配式混凝土建筑结构迎来了绝佳的发展机遇，并且也被越来越多的应用到工业与民用建筑中，这也为创造出诸多新型的干式连接方式提供了绝佳的条件。

榫式连接

　　榫式连接常用于预制装配式结构柱体之间的连接，其构造特点是：上柱的端部有预制好的榫头，在预制柱拼装的时候，上柱预制的榫头放在下柱的表面或预留的孔槽之中，并在上、下柱内用焊接连接的方式设置纵向钢筋，且按照相关规范构造要求配置箍筋，最后在节点处支模并浇筑混凝土形成一个整体，从而达到榫式连接的效果。榫式连接结构如图7所示。

　　图7 榫式连接结构示意图

键槽连接

　　键槽连接作为一种新型的干式连接技术，常用于装配式混凝土剪力墙结构或大板结构中。常业军曾针对该连接方式接缝的受力特点和原理及抗震性能进行了理论分析和实验探究，总结出采用该连接方式的试件的接缝发生破坏时的特点，进而推导出接缝极限抗剪强度的计算公式。因此，为了保证键槽连接的接缝处能够均匀地传递剪力，需将密布的小键槽均匀地布置在连接部位，然后通过后浇混凝土将上下剪力墙部分连成整体。

机械连接

　　机械连接技术是通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。目前，锥螺纹接头、熔融金属充填接头、镦粗直螺纹接头、套筒挤压接头等钢筋机械接头在我国的建筑市场上较为常用，这些接头对应的相关连接方法以及参数的规定在《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107—2010)中均有详细介绍。

　　吴竞等提出了一种便于安装且具有良好的受力性能的干式机械连接梁柱节点。该节点结构为：在预制的柱中预留孔道，预制梁中的钢筋穿过其中一侧的孔道，并在另一侧的孔道中与预装好的弹簧式机械装置进行螺栓连接，并且为了保证该节点与湿式连接中的现浇节点具有相同的粘结力，在负载前需将连接螺栓拧紧。节点结构如图8所示。

　　图8 机械式装配梁柱节点

接缝防水技术

　　装配式建筑的预制外墙板中会有很多接缝，只有做好这些接缝的防水工作才能保证整栋装配式建筑的质量。目前，实际工程中常用的接缝防水做法有材料防水和构造防水2种。

　　材料防水主要是指借助相应的防水材料，隔断水通路，从而达到防水或是增加抗渗透能力的目的，比如在接缝处采用三元乙丙橡胶或氯丁橡胶作为阻断材料等方式。构造防水主要是通过改变结构自身的构造，从而切断水路的流通，达到防水的效果。如图9所示，影响雨水侵入外墙板的因素有很多，既有因外墙板自身特性而形成的内部因素，也有外部因素。

　　图9 雨水侵入预制外墙机理

　　为解决这些因素带来的影响，可以通过相应的构造形式，如：增大腔体、改变坡度、减小压腔、设置企口来达到防水的目的，而且国内外装配式的规范、规程等也推荐使用材料防水和构造防水相结合的接缝防水技术。

总结

　　装配式混凝土结构的干式连接，具有施工方便、节省材料、生产效率高、对环境的影响小等众多优点，这都是湿式连接不能比拟的。但同时我们也要认识到，装配式混凝土结构干式连接理论体系和技术应用尚未成熟，因而在实际工程中出现了大量的应用问题，而且标准规范指导实际问题也有待提高。因此，国内有关学者应在装配式建筑结构节点连接方面进行大量的研究和探索，提高干式连接的应用技术;另外，为保证设计、生产和施工的质量和进度，国家也应注重培养相关技术专业的人才，以便于在施工中减少湿作业点，从而达到降低生产和施工成本，提高施工进度和质量以及促进建筑行业绿色健康发展的最终目的。

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