预制墙板插入式节点连接研究.doc

预制墙板插入式节点连接研究 谢宏伟?1，孔令明?1，郝嘉?1，薛雅典?1，罗红旭?2 （1.四川大学建筑与环境学院四川成都610207； 2.四川华西绿舍建材有限公司四川成都610000） 【摘要】试验为对照试验，预制装配三组1：2缩尺模型。实验组采用插入式连接方式，对照组采取传统对接连接方式，通过对实验组和对照组模型的反复加载，对比分析其节点连接方式的竖向承载力，掌握其裂缝的开展、出铰顺序、破坏过程以及破坏形态。试验结果表明插入式节点连接方式显著改善了预制结构的竖向抗剪性能以及抗震耗能能力。 关键词节点连接；预制装配；抗震性能 【】TU318+.1；TU312+.1 【文献标志码】A 近年来，由于住宅施工普遍存在管理和监督力能不够的问题，而且目前国家正在推广建筑工业化，预制装配技术的研究逐渐增多。 预制装配式房屋在抗震中，主要考虑以下三种性能：同层之间的竖向抗剪性能、上下层之间的水平抗剪性能以及连接之后构件的整体稳定性。 在国内外，预制装配连接技术均有一定的研究，在国内，水平连接主要使用的是套管、桨锚等。在国外，节点的连接方式也有很多种，日本的高木次郎副教授等提出了预制剪力墙中钢筋-钢板焊接方式。即楼板搭在下层剪力墙上，上层剪力墙的根部、下层剪力墙的端部留出企口，在企口处放置钢板，将上下层剪力墙在企口处的钢筋焊接在钢板上，最后用无收缩高强砂浆封闭企口。 当目前的一些节点连接方式中，现场装配时均有一定程度的二次浇注，预制化程度不是很高，且对预制装配节点处抗震性能的研究不够完善，因此提出一种新型的节点连接方式，并对其抗震性能进行研究很有必要。 基于以上几个方面，我们提出一种插入式的节点连接方式。此次试验主要研究第一种性能，即：同层之间的竖向抗剪性能。 1.试验方案设计以及试件制作? 1.1试验方案设计。? （1）试验分为实验组和对照组，实验组预制装配一个1：2缩尺模型，对照组预制装配两个1：2缩尺模型。实验组为插入式螺栓连接，对照组是对接螺栓连接，对比分析此二者的竖向受力性能。? （2）实际中，同层墙体和柱子为一空间结构，并不都在同一水平线上。但为了满足试验设备的限制条件，考虑到此次试验主要考察竖向抗剪能力，可以将墙体和柱子放在同一水平线上，并不会影响试验结果。? （3）为了能使得加载顺利，将中间的墙体相对于柱子提升200mm。实验组采用插入式的连接方法，能提高预制化程度，并改善试件受力性能。在墙体和柱子插入部位，留有5mm空隙，以满足工程中制作误差的要求，实验组和对照组试件俯视图如图1所示：? 1.2试件制作。 （4）实验组的试件采取插入式连接，而对照组的试件直接对接（如图2）。? 1.2.1实验组。 构造柱尺寸：长宽高=280mm280mm800mm，墙体的尺寸：长宽高=300mm200mm800mm，制作两组试件。一组试件由两个构造柱和一个墙体组成。 材料选取：混凝土均采用C30，受力筋为C12，箍筋为A6。为了尽量使得节点处的受力简单，避开在节点处配筋，具体配筋情况分别如图3：? 1.2.1.1实验组-柱。 由于实验组墙体要插入柱中，为了增强柱连接处的强度，防止在墙体插入时，柱连接处的混凝土被挤坏，在柱连接处中预埋加固槽型钢板，并考虑到柱连接处尺寸较小，尤其凹槽里面较难脱模，将加固槽型钢板做“内模”使用。为了能将加固槽型钢板和混凝土连结在一块，再在加固槽型钢板两侧分别加两块钢板，钢板之间再用A6焊接。如图4所示（蓝色部分即为加固槽型钢板）。 1.2.1.2实验组-墙。 由于墙体两端连接凹槽处没有坡度，脱模时只能将该处的木模板打烂取出，为了防止打烂木模板时，将两端凸出的素混凝土打坏，在墙两端连接处加入A6钢筋网片，并与中间钢筋笼用短钢筋焊接，如右所示（如图5）。? 1.2.1.3实验组-L型连接钢板的安装方法。 若柱和墙均采用预埋螺栓杆的施工方法，L形连接钢板则无法在预埋螺栓杆之后进行组装。采用以下方法：柱里面的螺栓杆采取预埋方式，而墙体里面的螺栓杆则是在墙体里面先预埋PVC管进行开孔，组装时再在PVC管中插入螺栓杆。L形连接钢板的开孔位置精度要求较高，结合螺栓杆的组装方式，L形连接钢板采取以下组装方式：先将预埋螺栓杆的柱和预埋PVC管的墙组装好，再将未开口的L形钢板靠近墙体凹槽上，向柱中预埋螺栓杆那边推，进而先确定连在柱凹槽那半边钢板的开口位置，此时再从墙体另一侧穿入螺栓杆，并标示该半边的开口位置，完成L形连接钢板的组装。步骤如图6所示（只画出连接部位）。? 1.2.2对照组。 构造柱尺寸：长宽高=280mm280mm800mm，墙体的尺寸：长宽高=300mm200mm800mm，制作两组试件。一组试件由两个构造柱和一个墙体组成。 材料选取：混凝土均采用C30，受力筋为C12，箍筋为A6。为了尽量使得节点处的受力简单，避开在节点处配筋，具体配筋情况分别如图7。 连接方式存在差异，二者在制作过程中，也有着不同的要求，详述如下：? 1.2.2.1对照组-柱。 由于对照组采取的为纯螺栓连接，柱没有进行开槽，所以在预制过程中，也并不存在模板难以脱去的问题，其立面图（见图8）如图所示：? 1.2.2.2对照组-墙。 由于对照组墙体也没有凸出来的两端的部位，所以除了中间的钢筋笼之外，也无需再在两端焊接短钢筋以防止素混凝土被破坏，其立面图如图所示：? 1.2.2.3对照组-L型连接钢板的安装方法。 对照组的L型连接钢板的安装方法与实验组完全相同，请参考“1.2.1.3实验组-L型连接钢板的安装方法”。 2.试验加载? 2.1试验加载制度。 试验中所有试件均采用荷载、位移双控制加载制度。即刚试验时，取极限荷载的30%的负荷进行预加载，循环两次；试件屈服前以荷载控制，每级循环一次；试件屈服后以位移控制，每级循环三次。如图9所示：? 2.2各组试验加载制度图如图10： 3.加载过程及破坏形态? 3.1试件受力全过程大致可以分为以下三个阶段：线弹性阶段（未开裂阶段）、开裂后至受拉螺栓杆屈服阶段、受拉螺栓杆屈服后的破坏阶段。 实验组试件在加载初期（见图11（图（一）图（四），试件基本处于线弹性阶段，加、卸载后残余应变很小。当竖向荷载达到开裂荷载时，墙体连接处上下螺栓杆之间形成连通裂缝，且上螺栓杆沿着靠近柱体的混凝土上方成45度裂缝开展，下螺栓杆沿着靠近柱体的混凝土下方成45度裂缝开展，如下图（一）所示，此为开裂阶段。后直接加载到屈服，期间裂缝数逐渐增多，柱体连接处上下螺栓杆之间形成连通裂缝，且上螺栓杆沿着外侧混凝土上方成45度裂缝开展，下螺栓杆沿着外侧混凝土下方成45度裂缝开展，如图（二）所示，继续加载屈服阶段，柱体里面的受拉螺栓杆屈服，转入位移控制阶段。进入位移控制阶段后，主裂缝宽度增加较快。到第三次循环后，承载力下降至极限承载力的85%以下，此时墙体螺栓杆有些被剪断，柱体中的螺栓杆均只是发生倾斜，如图（三）所示，L型连接钢板圆孔处未有明显的局压破坏，如图（四）所示。 3.2对照组试件在加载初期，试件基本处于线弹性阶段，加、卸载后残余应变很小。当竖向荷载达到开裂荷载时，柱体连接处上下螺栓杆之间形成连通裂缝，且上螺栓杆沿着外侧混凝土上方成45度裂缝开展，下螺栓杆沿着外侧混凝土下方成45度裂缝开展图12（图（五）图（八），如下图（五）所示，此为开裂阶段。后直接加载到屈服，期间裂缝数逐渐增多，墙体连接处上下螺栓杆之间形成连通裂缝，且上螺栓杆沿着靠近柱体的混凝土上方成45度裂缝开展，下螺栓杆沿着靠近柱体的混凝土下方成45度裂缝开展，如图（六）所示，继续加载屈服阶段，柱体里面的受拉螺栓杆屈服，转入位移控制阶段。进入位移控制阶段后，主裂缝宽度增加较快。装配式对照组一到第三次循环后，承载力下降至极限承载力的85%以下，装配式对照组一到第三次循环后，承载力下降至极限承载力的85%以下，此时柱体螺栓杆有些被剪断，墙体中的螺栓杆被剪断的较少，大部分只是发生倾斜，如图（七）所示，L型连接钢板圆孔处未有明显的局压破坏，如图（八）所示。 4.试验结果分析? 4.1三个试件的骨架曲线如图图13所示，三个试件的实验数据对比分析列于表（1）。 4.2由表格（1）数据可知，实验组开裂荷载屈服荷载和极限荷载都得到了一定的提高，原因之一可能是由于插入式连接方式相对比纯螺栓连接方式，墙体和柱体的接触面积较大，两者之间的摩擦力较大所致。? 4.3从骨架曲线来看，实验组刚度强于对照组。 在实验过程中，实验组与对照组的破坏位置有明显区别。实验组在达到极限荷载是墙体破坏严重，而柱体破坏相对较轻，构件承载能力取决于墙体；而对照组柱体破坏较为严重，其承载力较弱，而墙体破坏相对较轻，结构承载能力取决于柱的承载能力。可能由于实验组柱体中加固钢板限制了柱体混凝土的开裂，对试件抗剪能力有提高。实验过程中承载力下降主要是由于螺栓杆被剪断所致，此时混凝土被压碎的较少，试件承载力没得到完全的发挥。 综合分析来看，加固钢板、新型节点连接形式使得结构的纵向承载力显著增强。 5.结论? （1）实验表明，插入式节点连接方式设计与柱体中的加固钢板可以使预制结构的竖向承载能力、刚度等显著提高。? （2）从实验结果来