装配式混凝土结构梁柱连接方式

王立辉

摘要：装配式建筑因其施工工期短、可以实现全自动化生产和现代化控制而被广泛的采用。而结构中预制构件之间的如何连接才能保证整体结构的稳定性以及受力性能已成为国内外学者研究和关注的对象之一。综合国内外相关资料，介绍了梁柱连接方式，分析了各自特点，对今后需要研究的问题进行了展望。

关键词：装配式；连接；预制柱；牛腿

虽然在目前大多数的工程施工中，现浇结构仍然占主导地位，但其存在如施工周期长，工程质量难以保证，成本难以控制等问题。而装配式结构则具有一定的优越性。装配式结构，就是先在工厂或其地点将混凝土浇筑成单个构件，然后运至施工现场，将其拼装搭接成建筑结构。装配式结构中，构件之间的连接方式决定了结构整体的稳定性，所以连接部分的研究往往最为重要，节点的连接主要包括梁柱及墙板的连接。由于国内外规范的不同，连接方式的分类也各有不同，从施工方法上，大多属于湿连接和干连接两种[1]。湿连接，即连接时浇筑混凝土或水泥浆将其锚固，如梁柱之间的普通现浇连接、预应力技术的整浇连接。干连接，即连接时不浇筑混凝土，而是在连接的构件内植入钢板或其他钢部件，通过螺栓连接或焊接，从而达到连接的目的，如梁柱之间的企口连接、牛腿连接等。以下将综合国内外不同学者的研究，参考一些文献资料，总结装配式结构中柱、梁之间的不同连接形式，综合比较这些连接的优缺点，为开展后续有关连接的研究提供参考。

1. 干连接

根据国内学者的一些研究，梁柱之间较好的连接有企口连接与牛腿连接，而按照美国NEHRP2000 规范[2]，常用的装配式梁柱节点有焊接节点和螺栓节点等。

1.1 企口连接

企口连接是一种新型装配式框架梁柱干式连接方式，与普通企口连接不同之处在于该连接为干式拼接刚性连接。在企口连接中，缺口梁和梁牛腿采用活动的连接盖板焊接在预埋件上的方式连接，将预制梁做成缺口梁，缺口梁和梁端悬挑牛腿的受力大小相等方向相反，如图1[3]。目前为止，国内外对用企口连接形成的梁柱刚性研究较少，东南大学于长海等进行了两根外伸梁（整体与企口连接）、两根简支梁（整体和企口连接）的对比试验[4]。试验表明，企口连接梁局部刚度下降，挠度、转角增加，但对构件的整体变形影响较小，而且它是一种比较经济的连接方式，并且不影响建筑梁高。

1.2 牛腿连接

因为牛腿的承载力很高，并且能够很好的传递竖向力，所以在干式连接中牛腿连接的方式相当普遍。建筑中牛腿连接的方式有明牛腿连接与暗牛腿连接两种。

明牛腿连接。因为厂房的大空间对牛腿的建筑要求不高，但是需要牛腿有很强的承载能力。这时就要采用明牛腿连接方式，如图2，这种连接节点的承载力大，受力可靠，节点刚性好，施工安装方便，但是， 在建筑上明牛腿的做法影响美观，占用空间大，同时做法给结构性能带来了不利影响，特别是不利于静力和动力性能的设计，并且在反复地震荷载作用下灌浆处容易发生脆性破壞，同时耗能性也不好[5]，导致这种连接的抗震性能不好。

暗牛腿连接。型钢暗牛腿连接就是将型钢直接伸出来而不用混凝土包裹直接做成暗牛腿，梁端的剪力可以直接通过牛腿传递到柱子上，梁端的弯矩可以通过梁端和牛腿顶部设置的预埋件传递，如图3。当剪力较大时，用型钢作成的牛腿可以减小暗牛腿的高度，相应地增加缺口梁的高度以增加结构的抗剪能力，但是这种连接中暗牛腿下的混凝土受力是相当复杂的[6]，型钢暗牛腿下的混凝土极容易被压碎，也就是存在着局压现象。混凝土的局压破坏可以导致整个梁柱节点丧失承载能力，使节点无法充分发挥其承载力以及变形能力[7]，这是该种连接方式的一个缺点。

1.3 焊接连接

图4为焊接连接为美国的干式连接方法之一，在梁与预制柱间留有一细缝，其中填入细石混凝土，梁的上部通过一垫块与柱中外伸出的预埋件焊接，梁下部通过角钢与柱牛腿上的角钢焊接连接。因为该连接方法中没有明显的塑性铰设置，在反复地震荷载作用下焊缝处容易发生脆性破坏[8]，所以其耗能性较差，但焊接连接的施工方法避免了现场现浇混凝土，可以节省工期，在施工中为了使焊接有效同时减小焊接的残余应力，应该充分安排好相应构件的焊接工序，塑性铰设置良好的焊接接头的优越性还是相当明显的，研究变形性能较好的焊接连接也是当前焊接连接构造的发展方向。

2. 湿连接

2.1 后浇整体式连接

国内现有相关技术规程均采用后浇整体式连接方式。这种连接方式的整体性能与现浇结构等同，所以也被称为“等现浇连接”。此种连接节点区主筋及构造加强钢筋全部连接，节点区采用后浇混凝土及灌浆材料将预制构件连为整体，如图5，这样的连接形式就使得预制装配框架结构的设计分析方法与混凝土现浇框架相同，常用的连接方式主要有润泰体系梁柱连接节点和世构体系梁柱连接节点。此种连接的构造较复杂，梁柱连接节点很难保证施工质量，其优越性难以充分发挥，但试验证明这些构造可以有效地处理构件的薄弱部位，将各结构构件连成相互统一的整体，保证了结构的整体性[9]。

2.2 延性杆式连接

与后浇整体式连接相比，装配式连接更加符合建筑工业化要求。预制梁通过螺栓与预埋在预制柱中的连杆相连，形成延性连接系统。地震作用下连杆发生塑性变形，从而避免其他构件损坏。林宗凡等基于上述思想提出了高效装配式延性节点[10]，预制梁通过高强螺栓、连接块与预制柱中的连杆相连，在节点核心区预埋低屈服高延性连杆并通过中间翼，缘有效锚固后，受力过程中连杆不会产生较大的滑移，如图6。该种连接节点以干作业施工为主，只在连接块周围做少量非结构性灌浆处理，在荷载作用下，连杆首先屈服，可避免其他构件破坏，地震作用下弹塑性变形通常发生在连接处，而梁柱构件本身不会破坏，震后只需对连接部位进行修复就可以继续使用，具有较好的经济性能[11]。

图1 企口连接 图2 明牛腿连接 图3 暗牛腿连接

图4 焊接连接 图5 润泰体系连接 图6延性杆式连接

3.总结及展望

从以上综述可以看出，国内外有关装配式节点的研究已经取得了长足的进展，不同学者提出了不同的节点连接形式，但仍有较多科学问题需要深入研究：

（1） 装配式混凝土结构在国内的应用前景广阔，如何基于这些已有的连接形式提出适合装配式混凝土结构的最优连接形式是科研人员面临的新挑战。

（2） 关于预制混凝土墙板连接的研究较少，应多在此方面深入研究，提出新型连接方式，研究结构的整体抗震效果。

（3） 国内外对预制混凝土连接的研究还在初级阶段，住宅产业化的迅速发展迫切要求我们对此类研究必须不断完善深入，使住宅产业化发展得更好。

参考文献

[1] 刘正勇，应惠清.装配式混凝土框架结构节点构造方法简介[J].施工技术，2008，37（增刊）：26-29.

[2] BSSC.NEHPR（National Earthquake Hazards Reduction Program）Recommended Provisions for the Development of Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures[S].Building Seismic Safety Council，Washington，DC，2000.

[3] 黄祥海.新型全预制装配式混凝土框架节点研究[D].南京：东南大学，2006

[4] 于长海，吕志涛，冯健.预制混凝土企口连接梁刚度的试验研究[J].江苏建筑，1994（3）：48-50.

[5] 庄玉海，叶森，曾文建，王可怡.预制装配整体式混凝土结构梁柱节点技术[J].广州建筑，2011，39（6）：11-13

[6] 朱筱俊，黄祥海，梁书亭.型钢暗牛腿节点柱内混凝土局压验算[J].特种结构，2008，25（2）：107-110.

[7] 赵斌，吕西林，刘丽珍 .全装配式预制混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动，2005，25（1）：82-87.

[8] 罗青儿，张仟朋，程文瀼.装配整体式钢筋混凝土框架柱榫式接头的试验研究[J].工业建筑，2008，38（10）：47-52

[9] 李楠，张季超，楚先锋，刘 波.预制混凝土结构后浇整体式梁柱节点抗震性能试验研究[J].工程力學，2009（26）：41-44.

[10] 林宗凡， Sagan I， Kreger E. 装配式抗震框架延性节点的研究[J]. 同济大学学报， 1998， 26（2）： 134?138.

[11]李向民，高润东，许清风.预制装配式混凝土框架高效延性节点试验研究[J]. 中南大学学报，2013，44（8）：54-63.