装配整体式混凝土结构关键技术研究与应用

1、预制装配混凝土剪力墙结构试验研究与试点工程应用
预制装配混凝土剪力墙结构有3种主要形式，即装配剪力墙结构、装配框架结构、装配框架-剪力墙结构。研究预制装配混凝土剪力墙结构的目的在于：探索合理的预制墙板构件间的连接方法和抗震性能；为试点工程应用提供通过专家论证的科学依据；为编制地方技术规程和标准图集提供技术依据；为推广应用提供工程质量检查和竣工验收标准依据。





1.1 装配式剪力墙边缘构造优化及前期试验研究
东南大学开展的第一代装配式剪力墙边缘构造优化即针对海门33号楼预制装配剪力墙高层住宅楼项目。竖向钢筋（HRB400，边缘构件6Φ14，中部4Φ12）采用金属波纹管浆锚搭接连接；水平钢筋（HRB400，Φ10@200）采用普通形式，在墙肢边缘构件内弯折90°弯钩锚固。按剪力墙构造设计图集说明，计算中可部分考虑其对混凝土的约束，但具体多少未明示，设计院虽然一般不考虑，但构造仍然要求这么做；低周反复加载的试件边缘构件采用箍筋（HPB235，Φ8@100）+拉筋形式围箍6Φ14边缘构件内竖向钢筋。


1.2 装配式剪力墙边缘扣接封闭箍筋专利构造的提出
装配式剪力墙边缘扣接封闭箍筋在100m装配房屋中得到应用，2013年4月底完成低周反复加载试验。试件竖向钢筋（HRB400，边缘构件6Φ16，中部4Φ14），较之前直径提高，因沈阳属7度（0.10g）抗震设防区，且考虑100m建筑高度，抗震等级至少二级，若为一级，则竖向钢筋需提高至边缘构件8Φ16，中部6Φ14，采用金属波纹管浆锚搭接连接；水平钢筋（HRB400，Φ10@200）采用封闭形式，在边缘构件保持连续，在墙肢中部搭接焊接，形成封闭效果；边缘构件箍筋（HPB300，Φ8@100/50扣接封闭箍筋）采用新型专利扣接封闭箍筋构造Φ8@100，在最外侧4Φ16围箍 箍筋在搭接高度范围内间距加密，为Φ8@50。


1.3 预制装配剪力墙结构的构件连接节点
“三合一”预制剪力墙装配节点，一般为预制剪力墙边缘构件竖向钢筋灌浆变形钢管套筒浆锚连接+剪力墙分布钢筋金属波纹浆锚连接+边缘构件底部环箍扣搭加密设置。


1.4 钢筋浆锚连接装配式剪力墙空间结构模型低周反复加载试验
预制装配式结构中，接缝和钢筋连接等细部构造较多且复杂，难以以现有的计算机技术实现预制装配式结构的动力弹塑性时程分析,因此其抗震性能研究较为困难。而预制拼缝是装配式构件的薄弱部位，荷载作用下预制拼缝存在竖向荷载下开裂位移和水平相对滑移，使得钢筋承受拉（压）、剪、弯的复杂内力。


开展钢筋浆锚连接装配式剪力墙空间结构模型低周反复试验，可以确定装配式混凝土剪力墙空间结构的内力分布情况、塑性铰发展情况；对比不同连接方式（金属波纹管成孔钢筋浆锚连接和新型套筒钢筋浆锚连接）对装配式混凝土剪力墙结构抗震性能的影响；提取应用于整体结构抗震性能进行评价的参数取值，对整体结构动力时程分析进行修正。


该试验的加载装置包括预埋金属波纹管成孔钢筋浆锚连接和新型钢套筒钢筋浆锚连接两个装配式剪力墙空间结构模型。目前已完成预埋金属波纹管成孔钢筋浆锚连接装配式剪力墙空间结构模型的试验研究。


试验测试结果表明，钢筋预埋金属波纹管钢筋浆锚连接装配式剪力墙结构具有较高的承载力和较好的延性，能够实现等效于现浇结构的设计原则。


1.5 预制装配混凝土剪力墙结构试点工程应用
中南建设集团2011年完成了南通海门中南世纪城33～36号楼（9＋1）层预制装配整体式混凝土剪力墙住宅楼试点工程；2014年5月25日国内首幢32层百米预制装配整体式混凝土剪力墙住宅主体结构封顶。


1.6 游牧式预制装配技术的提出及试点工程应用
台湾润泰集团最新推行现场部分构件采用类似游牧式方式预制，所有设备包括垫层都采用可搬迁可移动方式，如同蒙古包游牧方式，搬迁后不影响现场原有土地使用。公路预应力混凝土桥梁一般采用游牧式预制方法，在就近场地建立预制构件生产基地，定型钢模预制，自然养护。


1.7 江苏元大预制装配双板叠合剪力墙结构体系及试点工程应用
该体系预制墙体间连接特色是U形钢筋伸入上部双板墙中部间隙内，现浇灌缝混凝土形成搭接连接。







2、预制装配混凝土框架结构试验研究与试点工程应用
2.1日本预制拼装结构
2.1.1 日本预制拼装结构理念
日本认为预制装配建筑分为预制混凝土（PCa）与预应力混凝土（PC）两种，PCa的优点是高强度和高质量的混凝土部品，可实现定型化构件的批量生产；PC的优点是混凝土构件形成预压应力，采用压接方式拼装。


PC在日本主要应用在装配式框架结构中，采用预应力方式压接，属于装配速度快的“干节点”。其操作要点是拼缝无收缩砂浆灌缝，楼板采用预制与现浇结合的叠合楼板，预制柱的柱筋连接采用灌浆钢套筒连接。


2.1.2 日本预制装配框架案例（干式拼接节点）
日本歧阜的安部工业办公楼采用预制构件整体预应力装配技术建造，楼板采用预制预应力双T板，跨度20m；柱、梁均预制，柱亦施加预应力，采用预应力拼装的“干节点”连接；预制梁非常美观，符合精益建造。






东京都医院综合研究所采用预制装配式混凝土框架结构，梁柱框架采用预制，预应力装配，楼板采用压型钢板的现浇混凝土板。预应力筋采用高耐久性的环氧涂层钢绞线；运至工地的预制梁，设有安装人员的扶手索，工人作业用的工具全部拴挂在裤带上，防止工具坠落。


2.2 GDPS钢筋浆锚对接连接的灌浆变形钢管套筒接头
国家行业预制装配混凝土结构规程中对框架及剪力墙结构构件间钢筋连接方法作出了具体原则性的规定，强调了在结构和构件重要受力部位的钢筋连接宜采用灌浆钢套筒方式连接。


预制混凝土构件需要构件间钢筋可靠连接，如柱-柱间的竖向钢筋连接、柱-梁间的水平钢筋连接、墙-墙间的竖向钢筋连接、墙-梁间的水平钢筋连接。


1）预制构件间钢筋连接方法分类?钢筋浆锚搭接连接分为钢管抽芯成孔钢筋浆锚搭接连接、金属波纹管成孔搭接连接；钢筋浆锚对接连接分为半灌浆钢套筒连接和全灌浆钢套筒连接。


2）国内相关标准对钢筋灌浆套筒连接的基本要求?《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 3982—2012第5.5条：灌浆套筒应与灌浆料匹配使用，采用灌浆套筒连接钢筋接头的抗拉强度应符合JGJ 107中I级接头的规定。钢筋机械连接技术规程》JGJ 107—2010第3.0.4条规定：接头应根据抗拉强度、残余变形以及高应力和大变形条件下反复拉压性能的差异，分为三个性能等级。其中：I级接头抗拉强度等于被连接钢筋的实际拉断强度或小于1.0倍钢筋抗拉强度标准值，残余变形小并具有高延性及反复拉压性能。




3）中建-东南大学的GDPS全灌浆套筒?钢筋浆锚对接连接的灌浆变形钢管套筒接头（已申请发明专利，ground deformed pipe splice,简称GDPS钢筋接头），及与GDPS灌浆套筒配套的高性能灌浆料已完成研发，鉴定后可批量生产销售。

作者：东南大学 郭正兴