吳東岳，梁書(shū)亭，郭正興，肖全東

（東南大學(xué)土木工程學(xué)院，210096南京）

改進(jìn)型鋼筋漿錨裝配式剪力墻壓彎承載力計(jì)算

吳東岳，梁書(shū)亭，郭正興，肖全東

（東南大學(xué)土木工程學(xué)院，210096南京）

為提高鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的力學(xué)性能，采用閉合扣接約束箍筋對(duì)傳統(tǒng)鋼筋漿錨裝配式剪力墻進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，證明了閉合扣接約束箍筋能夠有效提高鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的力學(xué)性能.為確定改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻接縫的壓彎承載力計(jì)算方法，對(duì)鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的破壞機(jī)理進(jìn)行分析并提出簡(jiǎn)化的鋼筋漿錨連接接縫承載力計(jì)算模型，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)公式提出鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的接縫承載力計(jì)算方法.采用規(guī)范公式計(jì)算和截面應(yīng)力積分計(jì)算，得到改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻接縫的承載力.通過(guò)計(jì)算承載力與試驗(yàn)實(shí)測(cè)承載力的對(duì)比，證明了改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻接縫承載力簡(jiǎn)化計(jì)算模型和計(jì)算方法的合理性.

閉合扣接箍筋；改進(jìn)型鋼筋漿錨連接；裝配式剪力墻；承載力

鋼筋漿錨連接裝配式接縫構(gòu)造合理、造價(jià)低、施工方便且性能可靠，在建筑工業(yè)化進(jìn)程中扮演著重要角色.目前國(guó)內(nèi)多家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)均已形成了各具特色的鋼筋漿錨連接形式［1－6］.但鋼筋漿錨連接裝配式構(gòu)件的接縫位置較為薄弱［5－6］.另外，多數(shù)鋼筋漿錨連接加強(qiáng)了漿錨段的約束箍筋［1－6］，但尚未確定約束箍筋對(duì)連接效果的影響規(guī)律.本文以閉合扣接箍筋約束的改進(jìn)型金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻為研究對(duì)象，對(duì)其接縫承載力進(jìn)行研究.

1 改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的低周反復(fù)加載試驗(yàn)

裝配式剪力墻的試驗(yàn)結(jié)果表明［1，4，6］：裝配拼縫位置存在新老混凝土接合面，受力后拼縫部位首先產(chǎn)生貫通裂縫，削弱了混凝土的力學(xué)性能，使得水平拼縫位置出現(xiàn)集中變形與破壞.漿錨鋼套筒的研究結(jié)果表明［7］：鋼筋漿錨連接效果主要受鋼筋漿錨長(zhǎng)度和混凝土約束情況的影響，當(dāng)漿錨鋼筋連接長(zhǎng)度一定時(shí)，較高的邊緣約束能夠有效提高混凝土骨料對(duì)鋼筋的咬合作用，增強(qiáng)鋼筋漿錨裝配式剪力墻的整體力學(xué)性能.

改進(jìn)型金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接采用預(yù)埋金屬波紋管成孔，剪力墻邊緣部位采用扣搭排列的對(duì)接焊箍筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)的箍筋、拉筋構(gòu)造.閉合對(duì)焊箍筋采用對(duì)接電弧焊，其焊縫強(qiáng)度不低于箍筋截面的受拉強(qiáng)度.在墻肢端部漿錨區(qū)域內(nèi)，閉合扣接箍筋加密，連接構(gòu)造形式見(jiàn)圖1.閉合箍筋扣搭配置可減小約束箍筋尺寸以提高約束效果.閉合箍筋的扣搭按照每4根連接鋼筋設(shè)置一組閉合箍筋的原則進(jìn)行布置，所有4根縱向連接鋼筋及金屬波紋管均在兩組閉合箍筋的扣搭約束之內(nèi).

圖1 閉合扣接箍筋約束的改進(jìn)型預(yù)埋金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接

1.1 試驗(yàn)概況

測(cè)試改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻能否達(dá)到“等同現(xiàn)澆”的設(shè)計(jì)要求.試驗(yàn)共3個(gè)構(gòu)件：現(xiàn)澆構(gòu)

圖2 現(xiàn)澆試件（XJ－1）尺寸及配筋

圖4 XJ－1、ZP－1及ZP－2構(gòu)件截面配筋

1.2 加載方式及破壞形態(tài)

試驗(yàn)采用低周反復(fù)加載，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖5.試驗(yàn)得到構(gòu)件的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1、2，裝配式構(gòu)件的破壞形態(tài)見(jiàn)圖6～8，試驗(yàn)測(cè)試構(gòu)件滯回曲線及骨架曲線見(jiàn)圖9～11.件XJ－1，預(yù)制構(gòu)件ZP－1、ZP－2.構(gòu)件軸壓比取0.1.構(gòu)件截面形式和配筋情況見(jiàn)圖2～4，裝配式接縫位置的縱向連接鋼筋與墻體縱筋配置相同.

圖3 裝配試件（ZP－1、ZP－2）尺寸及配筋

圖5 試驗(yàn)加載裝置

試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：1）改進(jìn)型金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻構(gòu)件的承載力高于現(xiàn)澆剪力墻，延性與現(xiàn)澆構(gòu)件接近，裝配式剪力墻邊緣部位箍筋用量大，混凝土約束效果更好.漿錨區(qū)域存在鋼筋搭接，使得鋼筋截面面積的增大，但墻體縱筋未穿過(guò)接縫，僅縱向連接鋼筋穿過(guò)接縫；因此較好的約束效果提高了混凝土和鋼筋的連接性能，進(jìn)而提高裝配式構(gòu)件承載力，而非搭接縱筋面積增大造成的；2）加載到開(kāi)裂荷載時(shí)接縫出現(xiàn)界面相對(duì)滑移，滑移的存在對(duì)連接鋼筋產(chǎn)生不利影響，并使縱向連接鋼筋較快進(jìn)入屈服.

圖6 試件XJ－1破壞形態(tài)

圖7 試件ZP－1接縫位置破壞形態(tài)

圖8 試件ZP－2接縫位置破壞形態(tài)

圖9 現(xiàn)澆試件XJ－1滯回曲線和骨架曲線

圖10 預(yù)制試件ZP－1滯回曲線和骨架曲線

圖11 預(yù)制試件ZP－2滯回曲線和骨架曲線

表1 剪力墻試件承載能力 kN

表2 剪力墻試件加載特征值、延性和剛度

2 改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻接縫的壓彎承載力計(jì)算模型

壓彎狀態(tài)下漿錨接縫截面內(nèi)力主要包括：鋼筋作用力、混凝土壓力和界面摩擦力［8－9］，根據(jù)試驗(yàn)破壞現(xiàn)象提出裝配式剪力墻接縫的承載力簡(jiǎn)化計(jì)算模型見(jiàn)圖12.

圖12 鋼筋漿錨連接接縫構(gòu)造及計(jì)算模型

該模型采用以下基本假定：

1）改進(jìn)型鋼筋漿錨連接能有效傳遞鋼筋內(nèi)力.

2）改進(jìn)型鋼筋漿錨連接的接縫截面應(yīng)變分布為線性.

3）忽略裝配式接縫的粘結(jié)力，忽略混凝土抗拉強(qiáng)度，考慮箍筋對(duì)混凝土的影響.

4）構(gòu)件接縫位置的水平剪力全部由縱向連接鋼筋和混凝土界面摩擦承擔(dān).其中混凝土界面摩擦系數(shù)為0.4［10］.各根縱向連接鋼筋承受的水平剪應(yīng)力相等，鋼筋承受的剪應(yīng)力為

式中：V為剪力墻接縫位置承受的水平剪力，ρs為接縫截面的縱向連接鋼筋配筋率，Ac為接縫截面面積，N為剪力墻承受的豎向壓力.

該基本假定將縱向連接鋼筋的水平剪應(yīng)力簡(jiǎn)化為均勻分布.事實(shí)上，接縫截面的縱向連接鋼筋存在受拉與受壓兩種狀態(tài)，因此鋼筋承受的水平剪應(yīng)力存在差異.但鋼筋拉壓狀態(tài)對(duì)水平剪應(yīng)力的影響規(guī)律復(fù)雜，其他學(xué)者提出的接縫剪摩擦模型亦未考慮鋼筋拉壓狀態(tài)對(duì)鋼筋承受剪應(yīng)力的影響［11］.本文忽略縱向連接鋼筋拉壓狀態(tài)對(duì)其水平剪應(yīng)力分布的影響.

3 改進(jìn)型鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻接縫的壓彎承載力計(jì)算

GB50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》9.4.3條規(guī)定：對(duì)于現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，承受平行于墻面的水平荷載和豎向荷載作用時(shí)，需按照偏心受壓或偏心受拉進(jìn)行正截面的承載力驗(yàn)算，同時(shí)需進(jìn)行斜截面的抗剪承載力驗(yàn)算.此外，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.17條和6.2.19條規(guī)定：剪力墻按正截面受彎承載力計(jì)算時(shí)，對(duì)于沿腹板均勻配置縱向普通鋼筋的矩形、T形或者I形截面的偏心受壓構(gòu)件.裝配式構(gòu)件接縫影響縱向連接鋼筋的應(yīng)力分布，因此按照構(gòu)件實(shí)際承受內(nèi)力值和抗剪承載力等效原則兩種方法，對(duì)相應(yīng)計(jì)算公式中的鋼筋強(qiáng)度進(jìn)行折減.

3.1 按構(gòu)件承受的實(shí)際內(nèi)力值折減

結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算得到的構(gòu)件實(shí)際承受的剪力值V作用于裝配式接縫，其折減后強(qiáng)度為

將鋼筋的折減強(qiáng)度帶入規(guī)范相應(yīng)公式，按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算裝配式剪力墻的正截面承載力.

3.2 按構(gòu)件抗剪承載力等效原則折減

按照裝配式剪力墻接縫承擔(dān)的剪力不小于現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)件抗剪承載力的原則，將現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)件按規(guī)范規(guī)定的抗剪承載力直接作用于裝配式接縫，折減后強(qiáng)度為

式（2）和式（3）中，f′y為鋼筋的屈服強(qiáng)度，f′yc為折減后的鋼筋屈服強(qiáng)度，V為剪力墻承受的剪力值，Vu為剪力墻的抗剪承載力，Vu按現(xiàn)澆剪力墻的抗剪承載力計(jì)算公式得到.

4 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

按照兩種折減方法和截面應(yīng)力積分法，得到試驗(yàn)構(gòu)件的計(jì)算承載力和試驗(yàn)實(shí)測(cè)承載力見(jiàn)表3.計(jì)算結(jié)果表明計(jì)算承載力略微小于試驗(yàn)測(cè)試承載力；考慮鋼筋削弱作用后，計(jì)算承載力降低，體現(xiàn)出接縫的不利影響；因此接縫承載力計(jì)算模型合理，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確且偏于安全.

表3計(jì)算結(jié)果可知：箍筋約束作用提高了接縫承載力；同時(shí)考慮箍筋約束和鋼筋削弱的計(jì)算承載力介于僅各自考慮約束作用和削弱作用的計(jì)算承載力之間，但均高于現(xiàn)澆構(gòu)件的計(jì)算承載力.該結(jié)果表明：雖然裝配式剪力墻接縫滑移削弱了縱向連接鋼筋，但是較強(qiáng)的閉合扣接箍筋能夠完全抵消接縫滑移不利影響；另一方面，目前國(guó)內(nèi)多位學(xué)者通過(guò)設(shè)置較強(qiáng)的約束箍筋以實(shí)現(xiàn)“等同現(xiàn)澆”的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則是合理可行的.

GB50010—2010《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》在截面設(shè)計(jì)時(shí)將約束箍筋的提高作用作為安全儲(chǔ)備，并未給出約束配箍情況和混凝土性能之間的定量關(guān)系，出于安全考慮，建議計(jì)算接縫承載力時(shí)不考慮約束箍筋對(duì)混凝土強(qiáng)度的有利影響.此外，按承載力等效原則的鋼筋強(qiáng)度折減幅度更大，因此按承載力等效原則折減的計(jì)算承載力小于按構(gòu)件實(shí)際承受內(nèi)力折減的計(jì)算承載力.出于安全考慮，建議按剪力墻的抗剪承載力等效原則對(duì)縱向連接鋼筋的強(qiáng)度進(jìn)行折減.

綜上，鋼筋漿錨裝配式剪力墻的承載力計(jì)算需按剪力墻抗剪承載力等效原則采用式（4）、（5）對(duì)鋼筋強(qiáng)度進(jìn)行折減，在不考慮箍筋約束作用下，按照相關(guān)規(guī)范計(jì)算接縫的承載力.

表3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕涌p承載力計(jì)算結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果 kN

5 結(jié) 論

1）鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻接縫相對(duì)滑移對(duì)縱向連接鋼筋產(chǎn)生不利影響，造成裝配式剪力墻接縫力學(xué)性能薄弱.在墻體漿錨區(qū)設(shè)置較多的閉合扣接箍筋，能夠完全抵消裝配式接縫的不利影響，達(dá)到“等同現(xiàn)澆”的要求.

2）提出了鋼筋漿錨裝配式剪力墻的承載力計(jì)算模型.

3）提出按構(gòu)件實(shí)際內(nèi)力折減和構(gòu)件抗剪承載力等效原則折減兩種縱向連接鋼筋的強(qiáng)度折減方法.

4）建議裝配式剪力墻的接縫承載力計(jì)算需按抗剪承載力等效原則進(jìn)行縱向連接鋼筋的強(qiáng)度進(jìn)行折減，并忽略約束箍筋的提高作用下，按照相關(guān)規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算.

5）本文提出的改進(jìn)型鋼筋漿錨連接壓彎承載力計(jì)算模型和計(jì)算方法能夠適用于低軸壓比鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻的計(jì)算，但對(duì)于中高軸壓比下的計(jì)算方法仍需開(kāi)展后續(xù)研究.

［1］陳云鋼，劉家彬，郭正興，等.裝配式剪力墻水平拼縫鋼筋漿錨搭接抗震性能試驗(yàn)［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，45（6）：83－89.

［2］錢(qián)稼茹，楊新科，秦珩，等.豎向鋼筋采用不同連接方法的預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，32（6）：51－60.

［3］姜洪斌，張海順，劉文清，等.預(yù)制混凝土插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接試驗(yàn)［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，43（10）：18－23.

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［5］王墩，呂西林，盧文勝.帶接縫連接梁的預(yù)制混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2013，34（10）：1－11.

［6］劉家彬，陳云鋼，郭正興，等.豎向新型連接裝配式剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，41（4）：16－25.

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［8］SANTOSPM D，JULIO E N B S.A state-of-the-art review on shear-friction［J］.Engineering Structures，2012，45：435－448.

［9］ZILCH K，REINECKE R.Capacity of shear joints between high-strength precast elements and normal-strength cast-inplace decks［C］／／FIB International Symposium on High Performance Concrete 2000.Orlando：［s.n.］，2000：25－27.

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［12］GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：建筑工業(yè)出版社，2010.

（編輯趙麗瑩）

Bending bearing capacity calculation of the im proved steel grouted connecting precast wall

WU Dongyue，LIANG Shuting，GUO Zhengxing，XIAO Quandong

（School of Civil Engineering，Southeast University，210096 Nanjing，China）

The closure buckle steels was applied to improve the traditional steel grouted connecting precast wall to improve themechanical properties of the steel grouted connecting precastwall.By the low cyclic loading experimental test of the improved steel grouted precast wall connector，that the closure buckle steels can efficiently improve the mechanical properties of the steel grouted connecting precastwall，was proved.After that，in order to determine the capacity calculation method for the improved steel grouted precast wall connector，this paper analyzed the typical shear failuremechanism of steel grouted connecting precast wall，especially the interface failure，and proposed the simplified capacity calculation model for the improved steel grouted precastwall connector.Afterward，by combining with the capacity calculation formulas of the cast-in-place shear wall provided by the current design code，the capacity calculation method for the improved steel grouted precast wall connector was determined.Finally，the joint capacity of the connector was calculated using the proposed calculation formulas and the section integralmethod.By comparing the calculated capacity using the method proposed above to the section stress integral calculation results and the experimental test results；it can be illustrated that the proposed simplified capacity calculationmodel and the calculation method for the improved steel grouted precastwall connector can be reasonable.

the closure buckle steels；the improved grouted connecting；precastwall；bending bearing capacity

TU398＋.2

A

0367－6234（2015）12－0112－05

10.11918／j.issn.0367-6234.2015.12.020

2014－06－24.

國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目（2011BAJ10B03）.

吳東岳（1986—），男，博士研究生；梁書(shū)亭（1964—），男，教授，博士生導(dǎo)師；郭正興（1956—），男，教授，博士生導(dǎo)師.

吳東岳，dongyuetaishan86＠163.com.