关于纵肋叠合混凝土剪力墙钢筋搭接试验研究

时间：2020-09-08 10:46:37 来源：CABR建筑工业化

前言

装配式混凝土建筑在国内应用日渐广泛，国家标准、行业标准及各地方标准中也给出了比较系统和完整的技术要求。但是在应用过程中，仍然发现存在各种共性的技术问题，从理论上或者实践上没有得到很好的解决。中国建筑科学研究院建研科技建筑工业化研究中心是专门从事装配式建筑领域技术研发和设计咨询的团队，近年来结合工程实践对部分热点问题开展了系统的研究。近期将部分研究成果在公众号进行发布，为本行业技术人员提供参考。本期为第九篇，“纵肋叠合混凝土剪力墙钢筋搭接试验研究”。

1. 研究背景

目前在国内装配式剪力墙结构体系中，竖向钢筋连接方式主要有以下几种：1）套筒灌浆连接；2）浆锚搭接连接；3）预留后浇段中机械连接或环锚搭接；4）预留空腔中钢筋搭接。

结合国内现行的装配整体式剪力墙结构的技术特点以及现存的问题，北京市住宅产业化集团有限公司、承德绿建建筑节能科技有限公司和中国建筑科学研究院有限公司合作研发了装配整体式纵肋叠合剪力墙结构体系。如图1-1所示分别为纵肋叠合剪力墙体系预制内墙板、外墙板，在预制墙板中含有纵向贯通空腔，下层墙体顶部伸出封闭环钢筋与上层墙体底部钢筋在空腔内搭接，之后在空腔内浇筑混凝土，钢筋连接节点如图1-2所示。

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针对纵肋叠合剪力墙结构体系已经完成了大量的试验研究工作。影响结构受力性能的关键因素之一是竖向钢筋的搭接连接受力性能，本期重点对其进行介绍。

2. 研究内容

主要采用试验结合理论分析的方法开展研究，根据各种不同参数情况下的钢筋搭接试验结果，结合理论分析，分析搭接长度、后浇混凝土强度、预制筋端部锚固构造、横向约束等因素对于钢筋搭接传力性能的影响，总结并提出本技术体系中不同部位的竖向钢筋搭接构造要求。

共开展了以下几类研究，详见表 2-1。

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3. 分布钢筋直锚及弯锚搭接试验

3.1试件设计

纵肋叠合剪力墙体系中竖向分布钢筋通常为C10@300，上下层墙体分布钢筋在空腔内搭接，截取墙体单个空腔进行静力荷载下的拉拔试验，试件设计如图 31所示。

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分布钢筋拉拔试验的对比参数包括：搭接长度、后浇混凝土强度、预制筋端部锚固构造，端部锚固构造做法示意如图3-2所示。分布钢筋拉拔试验试件的详细对比参数列于表 3-1。

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3.2试验结果

3.2.1 破坏模式

所有试件均为钢筋拉断，无滑移现象出现，典型试件破坏如图3-3所示。

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3.2.2 应变结果

选取典型分布钢筋试件预制筋及后插筋应变变化曲线如图3-4所示。

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从应变结果分析，分布钢筋实现有效传力的临界搭接长度约为0.7~0.8la。

4. 边缘构件钢筋搭接试验

纵肋叠合剪力墙体系中，洞口边一般均采用叠合边缘构件，边缘构件中纵筋直径大且分布密集，相比于分布钢筋的搭接更为不利。现行结构设计规范中规定如果采用100%全截面搭接时，搭接长度应为1.6la，不利于构件生产和运输，对此开展重点研究。

4.1试件设计

截取典型叠合边缘构件，进行静力荷载下钢筋搭接受力试验，如图 41所示。叠合边缘构件宽度为400mm，上下层边缘构件纵筋在空腔内搭接，纵筋为6根，直径范围为14mm~20mm。试件宽400mm，墙厚200mm，预制部分混凝土强度等级C40，空腔尺寸为350mm×100mm。

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边缘构件钢筋拉拔试验的试件对比参数为：搭接长度、后浇混凝土强度、横向约束、纵筋直径、预制筋端部锚固构造，端部锚固构造做法示意如图4-2所示。根据环锚搭接做法及预制构件竖向节点做法，设计穿筋、穿筋+附加环筋（简称附环）两种加强做法，加强做法如图4-3所示。边缘构件钢筋搭接拉拔试验的试件详细对比参数列于表 4-1。

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4.2试验结果

4.2.1. 破坏模式

1、现浇通长筋试件混凝土均匀开裂，裂缝间距约为10-15cm，均为钢筋拉断破坏；现浇搭接试件混凝土开裂集中于搭接区顶部，均为钢筋拉断破坏，无滑移现象出现；

2、预制筋端部直锚试件混凝土开裂集中于搭接区顶部，与现浇搭接试件破坏模式相同，搭接长度较短时发生滑移破坏，搭接长度较长时钢筋拉断；

3、预制筋端部弯锚试件破坏模式为：预制筋弯弧端弯钩拉直，墙体预制表皮突然炸裂脱落，空腔内后浇混凝土被整体拔出。

4、无加强措施的环锚搭接试件主要发生两种破坏模式：C14钢筋搭接长度0.6la的试件发生后浇核心混凝土拉剪破坏和钢筋滑移，C14钢筋搭接长度0.8la的试件发生钢筋拉断破坏，表皮混凝土轻微破坏，后浇核心混凝土完好。

5、穿筋增强的环锚搭接试件主要发生两种破坏模式：C16钢筋搭接长度0.8la的试件发生钢筋拉断破坏，其余试件以及C18钢筋搭接长度0.8la的全部试件主要发生后插筋闭环处混凝土劈裂破坏和钢筋滑移。

6、穿筋+附环增强的环锚搭接试件仅有一种破坏模式：C16、C18、C20钢筋搭接长度0.8la的所有试件均发生钢筋拉断破坏，搭接区混凝土完好。

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4.2.2. 应变结果

选取典型分布钢筋试件预制筋及后插筋应变变化曲线如图4-4所示。

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从钢筋直锚搭接应变结果分析实现有效传力的临界搭接长度约为0.85la。

钢筋采用环锚搭接时，其传力机理为钢筋锚环挤压锚环之间的混凝土及插筋传递钢筋拉力，钢筋的直段一般都能达到充分屈服；搭接性能主要取决于核心区混凝土强度和面积（由搭接长度及锚环宽度决定）、插筋数量和强度。通过试验现象和理论分析结果，可得出搭接长度取值。

5. 结论

本次试验对10组20个分布钢筋试件、25组50个边缘构件钢筋试件进行单调加载试验，得到如下结论：

对于竖向分布钢筋：采用C10钢筋搭接时，后浇混凝土C30\C40、预制筋端部直锚与弯锚时，搭接长度0.8la可满足钢筋搭接传力要求；按现行设计规范要求，搭接长度可采用1.2la；

对于边缘构件纵向钢筋：采用C14端部直锚搭接时，钢筋后浇混凝土C30 采用1.3la搭接长度，后浇混凝土C40采用1.0la搭接长度可以保证有效搭接传力；采用C14端部弯锚搭接时，由于破坏突然、无预兆，且无法充分利用钢筋抗拉强度，不适用于叠合搭接钢筋传力；采用环锚搭接时，后浇混凝土强度为C40，C14钢筋环锚搭接0.8la的搭接长度、C16钢筋环锚穿筋搭接0.8la的搭接长度、C18\C20钢筋环锚穿筋+附环搭接0.8la的搭接长度均可以保证有效搭接传力。

综合考虑试验结果，建议在设计中对于边缘构件纵筋采用环锚搭接，具有更好的安全度；钢筋直径为14mm时，环锚搭接长度可取1.0la。当纵筋直径为16以上时应采用加强措施；搭接长度可根据加强措施构造，采用0.8~1.0la。

本篇作者

王俊，工学硕士，工程师，主要从事装配式混凝土结构的科研工作，在核心期刊发表多篇论文，作为骨干人员参与“十三五”国家重点研发计划课题《研究装配式高性能结构体系及其连接节点工作机理及设计技术》2016YFC0701907及《装配式混凝土结构关键配套产品开发》2016YFC0701507，参与多本协会标准的编写。

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