装配式柱-柱节点连接方式研究综述

严 熔，魏文晖

(武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，武汉 430070)

装配式建筑是指部分或者全部的结构构件在工厂预制,施工时将预制构件运输到现场进行组建。装配式建筑因其施工周期短、湿作业少等优点逐渐得到广泛的应用。其中，柱子是整个建筑的重要受力构件，因此装配式柱成为装配式建筑研究的重点对象。但是，我国大部分装配式柱-柱节点连接仍采用湿式连接，干式连接在理论方面的研究还比较滞后。干式柱-柱连接节点有待做进一步探讨。

1 装配式框架结构柱-柱连接节点研究

1.1 国外研究

1987年，美国学者提出预制“混合型”框架结构体系，该体系是将梁的预应力筋和普通钢筋穿入柱的预留孔道中,再对梁端或者柱内的普通钢筋和预应力筋进行搭接,最后灌浆封闭预留孔道。1995年，Loo Y C[1]等对PCI手册中的两类预制梁柱连接节点做了静力荷载试验研究和单调往复荷载试验研究。通过研究得出，PCI手册中的这两类预制梁柱连接节点的承载力、延性和耗能能力相对高于现浇节点。同年，对于预制装配式混凝土结构与现浇式混凝土结构，Haluk S[2]等计算了两者的地震响应。通过研究得出，装配式混凝土结构与现浇结构的地震响应差别不大，同时，“强柱弱梁”可以减少两种结构之间的差异。2004年，James F[3]针对螺栓节点连接的动力性能做了相应的研究。近年来，机械连接装置的研发取得了很大进步，采用机械套筒连接钢筋能有效用于水平和竖向构件。对于预制柱，先将套筒埋入预制柱内，然后灌入专用高强、无收缩灌浆料，达到高于钢筋母材强度的连接效果。

1.2 国内研究

2006年，黄祥海[4]总结了干式连接的种类，并做出相应的改进，同时对全预制装配式混凝土框架节点提出了新的思路。2008年，罗青儿[5]等对榫式连接接头进行了试验研究，对传统的纵筋的连接方式和榫头的材料作了改进,将柱纵筋的焊接连接改为滚轧直螺纹套筒连接,同时用钢管混凝土榫头代替钢筋混凝土榫头。通过反复荷载试验得到，这种改进后的榫式接头的承载力和延性与整浇柱相差不大，安全可靠，可用于实际施工。2013年，王建[6]等提出了结合高强螺旋箍筋和钢板筋设计的套筒灌浆连接柱，并对该柱和现浇钢筋混凝土柱作了低周反复荷载试验，最后采用有限元模拟。通过试验对比可得，套筒灌浆连接柱的强度、延性和耗能性能均不低于现浇柱。

2 装配式柱-柱连接节点种类

柱-柱连接节点的连接形式主要有榫式接头、浆锚接头、焊接接头、螺栓接头等。

2.1 榫式接头

榫式接头属于湿式连接，该接头上节的柱底部有凸出的钢筋混凝土榫头，如图1所示。制作榫式连接柱时，上、下节柱应外伸一定长度的钢筋，伸出的长度宜大于25倍钢筋直径。安装时，对准上、下节柱的外伸钢筋，并用剖口焊加以焊接，最后在接头处浇高强度混凝土。当接头处混凝土达到75%设计强度时，可进行上一层构件的安装。

2.2 锚浆接头

锚浆接头如图2所示，制作锚浆连接柱时，要在下节柱顶部预留孔道，孔道直径应大于两倍的钢筋直径，孔道深度约350～700 mm，上节柱底部外伸长约300～700 mm的锚固钢筋。安装时，清洗下节柱的预留孔道，然后往孔道中灌入快凝砂浆，并在下节柱顶部铺10 mm左右的砂垫层，最后将锚固钢筋插入灌有砂浆的预留孔道中。也可以先将锚固钢筋插入预留孔道中，随后再对预留孔道进行灌浆操作。

2.3 砂浆连接接头

这种接头不需要将上下柱纵筋焊接,柱子相对接后浇以砂浆即可,如图3所示。安装时，将销钉插入下柱槽口，再往槽口灌浆直至砂浆溢出并均布在连接面上。采用钢销钉和定位钢板可以方便吊装。砂浆连接接头是一种铰接接头，仅适用于全接截面不出现拉力的情况。

2.4 焊接接头

焊接接头是将上、下节柱的钢筋和预埋钢板进行焊接，在上、下节柱子完成对接后，再将钢板贴焊在预埋钢板处。预埋钢板和焊缝易腐蚀，需要采取保护措施。焊接接头施工方便、简单，不需要养护，有利于现场施工，加快施工进度。

2008年，汪梅提出与钢结构连接方式相似的干式齿槽连接方法,如图4所示。在该柱的连接处焊接钢板，利用钢材较好的变形性能提高柱连接区域的变形能力，同时齿槽可以抵抗一定的水平荷载。

2.5 套筒灌浆连接接头

钢筋套筒灌浆连接方式属于机械连接的一种，如图5所示。这种连接方式简捷、方便，不需要焊接等工艺。钢筋分别从中空型套筒的两端穿入，安装时直接往套筒灌浆。套筒可以对灌浆料产生约束作用，此时套筒内壁与灌浆料之间出现正向应力，从而使得与灌浆料接触的带肋钢筋出现表面摩擦力，传递钢筋轴向应力。国外发达国家普遍采用钢筋套筒灌浆连接方式，特别是在抗震设防区的高层建筑中得到广泛的应用。

2.6 装配整体式钢筋焊接接头

装配整体式钢筋焊接接头是在苏联广泛应用的一种连接接头,如图6所示。根据柱子纵筋的不同数量，对柱端做出相应的处理。例如柱端有四根钢筋时，削去四个角的混凝土。为了使吊装方便、准确，在柱端中心处安装定位钢板。上、下柱对接后，焊接纵向钢筋，然后放入箍筋，再浇筑混凝土形成刚性节点。

2.7 螺栓接头

螺栓连接属于干式连接，施工过程方便、快捷。但是螺栓接头的承载力主要依靠螺栓的材料性能，在较大荷载作用下，容易出现开裂、整体挠度大等问题。

PCI手册[7]中有三种螺栓连接方式，如图7所示。这三种连接方式均利用预埋螺栓、预埋钢板进行连接，但是前面两种连接方式过多地削弱了连接处的混凝土，对承载力造成了一定程度的影响。

3 结 语

20世纪70年代中期，美国在强烈地震区建立了大批预制混凝土框架结构。但是我国在装配式钢筋混凝土结构方面的研究和应用都较少，没有充分开发预制装配式建筑施工周期短、施工便捷的优势。其中国内梁-柱节点、柱-柱节点等的主要研究方向大部分是通过改变节点的连接形式来获得更高的承载力，虽然节点形式越来越多，甚至可以做到与现浇一样，但还是难以满足“强节点，弱构件”的要求。

大量的研究试验证明，与现浇节点的抗震性能相近的装配式节点基本上都要进行现场混凝土浇筑，这有悖于装配式建筑便捷、快速的初衷。干式连接节点虽然大大缩短了施工周期，但与现浇式节点的抗震性能仍存在一定的差距。部分学者提出，采用高强混凝土可以提高节点的延性和抗震性能，所以可以从建筑材料方面着手，以此来提升装配式钢筋混凝土结构的整体性。同时，减震、隔震技术也能够大幅度提升建筑的抗震性能。因此，可以考虑将减震、隔震技术运用到装配式钢筋混凝土结构中。

除此之外,我国装配式混凝土结构仍存在许多亟待解决的问题:(1)预制的混凝土构件质量较大,增加了运输和现场起吊安装的难度；(2)大部分装配式连接节点处于试验阶段，没有完善的技术体系，缺乏统一标准；(3)生产、运输和安装过程不规范，建筑质量得不到保证。

我国装配式的发展是一个漫长的过程，必须从点到面逐步完善，达到试验、设计、生产、施工和安装的一体化要求。不仅仅追求产品的标准化，同时注重发展产品的多样化，拓宽发展的渠道。同时，国家相关部门应制定完善、合理的标准规范，落实装配式建筑设计施工过程中的各个要求，用统一的标准来规范我国的装配式行业。

[1] Loo Y C,Yao B Z.Static and Repeated Load Test on Precast Concrete Beam-to-column Connections [J].Journal of Precast/Prestressed Concrete Institute,1995,40(2):106-115.

[2] Haluk S.Effect of Connection Rigidity on Seismic Response of Precast Concrete Frames[J].Journal of precast/prestressed Concrete Institute,1995,40(1):94-103.

[3] James F W,Eric G C.The Dynamics of Loosely Jointed Structures[J].International Journal of Non-Linear Mechanics,2004,39:503-514.

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

[5] 罗青儿，张仟朋，程文瀼，等.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)：48-52.

[6] 王 建.套筒浆锚连接钢筋混凝土柱抗震性能试验研究[D].西安：西安建筑科技大学，2013.

[7] Prestressed ConcreteInstitute．PCI Design Handbook[M]．Second Edition.Chicago:the Precast/Prestressed Concrete Institute,1978.