预制混凝土剪力墙竖向连接研究综述

许永慷

(新疆大学建筑工程学院 新疆乌鲁木齐 830017)

预制混凝土剪力墙作为预制装配式建筑的主要构件，与现浇混凝土剪力墙相比，有着如下优点。（1）施工效率高。预制混凝土剪力墙的生产制作全部在厂房内进行，制作时间不受环境、气候等不利因素影响，同时减少了劳务成本。（2）质量可靠。预制混凝土剪力墙的制造相比于现浇混凝土剪力墙，往往有着完善的生产工艺与质量保证。（3）施工便捷。预制混凝土剪力墙降低了现场工作量，缩短了施工期限，提升了施工效率。（4）节能环保。预制混凝土剪力墙的生产与制作减少了大量现场劳动施工人员作业造成的环境污染，具有节能、环保和减排等特点。

近年来，由于我国政策措施的实施以及对建筑产业化的推动，众多学者开始着重研究预制混凝土剪力墙结构的抗震性能，尤其在结构的抗震性能、连接方式以及钢筋连接技术等方面研究成果颇丰，因此及时对近期研究成果加以总结十分必要。

1 预制混凝土剪力墙湿连接

预制混凝土剪力墙体系存在着水平及竖向接缝，其接缝处的连接方式是影响其整体结构性能的重要因素。预制混凝土剪力墙接缝处的连接方式按施工工艺的不同，大致可以分为湿连接和干连接两类。预制混凝土剪力墙的湿连接，即连接节点需要后浇混凝土或灌注灌浆料等在施工现场进行二次浇筑的连接方式。湿式连接的优点在于其整体性较好，常见的湿连接方式有灌浆套筒连接、浆锚搭接连接等。

1.1 灌浆套筒连接

灌浆套筒连接由美国人Alfred A.Yee所提出，并在夏威夷的一栋酒店建筑中首次应用。灌浆套筒连接具有适用性广、安全性高及安装方便快捷等优点，已成为目前预制混凝土结构最主要采用的钢筋连接方式，如图1 所示。灌浆套筒连接总体分为两类，即半灌浆套筒连接和全灌浆套筒连接。所谓半灌浆套筒连接是指套筒一端通过内螺纹与钢筋机械连接，另一端通过与钢筋通过灌浆锚固连接。而全灌浆套筒连接则是两端皆通过灌浆料与带肋钢筋之间的粘结咬合力进行连接，其成本更加低廉且适用性更广。预制混凝土剪力墙中常见的双排灌浆套筒连接构造，其墙体承载力、延性、耗能和刚度退化等抗震性能指标与相应的现浇剪力墙接近。在此基础上，张微敬等人[1]又提出了竖向钢筋采用单排灌浆套筒连接的构造方案，并开展试验研究证明了采用该连接构造的剪力墙结构各抗震性能指标与双排套筒灌浆连接预制剪力墙及现浇剪力墙相似，且简化了连接构造、提高了施工效率、节约了制造成本。

图1 套筒灌浆连接

灌浆套筒作为预制混凝土结构中合理而安全可靠的钢筋机械连接接头已被广泛应用，但仍存在部分问题有待进一步研究，如灌浆套筒接头的性能测试检测方式、套筒区域配箍形式、施工中的灌浆质量控制方法和检验标准以及灌浆套筒在剪力墙中的布置形式等。

1.2 浆锚搭接连接

浆锚搭接连接是将水泥基灌浆料灌入插有搭接钢筋的剪力墙预留孔道中，从而实现剪力墙之间的钢筋搭筋连接的一种连接方式，如图2 所示。其连接包括金属网预成孔浆锚搭接连接、螺旋筋约束浆锚搭接连接和金属波纹管预成孔浆锚搭接连接是浆锚搭接连接等多种孔道约束形式。其中金属波纹管约束预留孔道浆锚搭接避免了普通浆锚搭接连接抽芯成孔对周围混凝土的破坏，同时又有效控制了由于钢筋受拉引起的外围混凝土变形，且金属波纹管表面凹凸不平，增大了与混凝土的接触面，从而使结构具有更可靠的连接性能。为了简化连接构造，降低施工难度，陈昕等人[2]研究了预埋波纹管单排钢筋浆锚搭接预制混凝土剪力墙的抗震性能，结果表明：单排钢筋浆锚搭接预制混凝土剪力墙与钢筋全数连接的剪力墙试件具有相似的抗震性能，说明在剪力墙非边缘构件采用单排钢筋浆锚搭接连接形式可靠。

图2 浆锚搭接连接图

相较于灌浆套筒连接，浆锚搭接连接成本较低、施工便捷、对预制构件精度要求不高。但由于其搭接钢筋不宜采用直径大于20 mm 的钢筋，因此不建议在剪力墙边缘构件连接处使用。

1.3 挤压套筒连接

套筒挤压连接是另一种钢筋机械连接方式，它将需要连接的钢筋端部插入特制的套筒内，利用挤压机压缩套筒，使它产生塑性变形，靠变形后的套筒与带肋钢筋的机械咬合紧固力来实现钢筋的连接，具体情况见图3。这种连接构造在预制混凝土结构当中可以有效传递钢筋应力。这种连接方法一般用于直径为16～40 mm 的二级钢筋或三级钢筋，分径向挤压和轴向挤压两种，现行行业标准对钢筋套筒挤压连接的设计原则、性能等级、安装质量要求、应用范围以及检验评定方法等作了具体规定。为研究采用挤压套筒连接的预制混凝土剪力墙的抗震性能，李宁波等人[3]对一种部分竖向分布钢筋采用套筒挤压连接的预制混凝土剪力墙进行了拟静力试验，结果表明：预制剪力墙的抗震性能满足规范要求，但变形能力和承载能力的安全储备小于现浇剪力墙，有待进一步研究。

图3 挤压套筒

目前，工程实际中采用这种连接构造的案例较少，其用于上、下层墙体竖向钢筋连接时，具有施工操作简便、省工省料、经济性好、施工质量易检查等特点，拥有较好的应用前景。

1.4 环筋扣合锚接

环筋扣合锚接是在剪力墙连接节点处预留环形钢筋形成套箍，再插入水平钢筋并绑扎从而实现剪力墙之间的连接，具体情况见图4。周健[4]针对环筋扣合锚接的锚固性能、结构构件及结构体系的抗震性能进行了试验研究和理论分析，结果表明：采用该连接方式的预制混凝土剪力墙的抗震性能基本等同现浇剪力墙，此外，他还提出了环筋扣合锚接设计方法、剪力墙特征承载力及位移计算方法和结构体系计算分析方法，采用环筋扣合锚接的预制混凝土剪力墙经合理设计后可应用于工程实际当中。

图4 环筋扣合锚接

关于环筋扣合锚接力学性能、受理机理、抗震性能以及设计方法的研究仍较空白，限制了环筋扣合锚接在工程实际中的应用，可针对上述问题做进一步研究。

1.5 现浇带连接

现浇带连接通过改变装配形式、构造和施工工艺实现预制结构之间的连接，极大地减少了套筒的使用，降低了制作成本和装配精度要求[5-6]。例如：预制混凝土剪力墙的水平和竖向接缝处采用超高性能混凝土（UHPC）现浇带连接，能够确保预制混凝土剪力墙连接段强度，UHPC 连接下的预制剪力墙具有良好的抗震性能和较好的延性，并且UHPC锚固性能良好，能有效传递钢筋应力。

现浇带连接具有良好的整体性和钢筋传力效果，但新旧混凝土粘结较弱，削弱了剪力墙的抗剪承载力，因此可在接缝处设置剪力键等异形连接面以提高墙体抗震承载力。

2 预制混凝土剪力墙干连接

干式连接技术在普通建筑中广泛应用，如国外停车库、学校、医院、写字楼等多用干式连接技术进行预制构件之间的连接。所谓干式连接，是指预制构件之间采用螺栓或型钢等直接连接，无需再进行现浇或灌浆工作。其优点在于承载力和刚度可靠，等同于现浇结构，但延性和恢复力性能与现浇节点不同，设计方法也有所区别。预应力连接和螺栓连接都是典型的干式连接。

2.1 螺栓连接

螺栓连接（见图5）作为典型的预制干连接方式，在国外应用广泛。采用螺栓连接的预制混凝土剪力墙的抗震性能同样可以达到接近于现浇剪力墙的水平，并且具有连接构造简单、施工效率高和质量易保证等优点。薛伟辰等人[5]对采用螺栓连接以及采用螺栓、套筒灌浆混合连接的预制混凝土剪力墙进行了抗震性能试验研究，两种连接方式的预制混凝土剪力墙抗震性能均优于现浇剪力墙。

图5 螺栓连接

螺栓连接装配简单，损坏的部件便于更换，抗震性能“等同现浇”。但整体性较差，且连接构造通常暴露在外，腐蚀、磨损等情况不可避免，可从结构内置螺栓连接方向做进一步研究。

2.2 焊接连接

焊接连接多用于钢板剪力墙或钢管柱混凝土组合墙中的钢构件连接。剪力墙边缘构件暗柱采用焊接连接，墙体竖向分布钢筋采用搭接连接，可使预制混凝土剪力墙的抗震性能与现浇试件基本一致。黄昌辉[6]对一种采用钢板焊接连接的预制混凝土剪力墙进行了抗震性能试验研究。研究表明：增大连接钢板厚度、增加侧向钢板对剪力墙的延性、刚度、承载能力和耗能能力影响较小；提高轴压比可以明显提高预制剪力墙的刚度和承载能力，但会降低其耗能能力[7-10]。

焊接连接不可避免地有焊接工作量大等问题，这就使焊接质量和焊接残余应力会直接影响墙体抗震性能，因此可针对焊接残余应力对墙体抗震性能的影响做深入研究。

2.3 无粘结后张预应力连接

无粘结后张拉预应力连接最早由美日在1991 年PRESS（The Precast Seimic Structural Systems）项目中提出，利用预应力来提高结构抗震性能。它将后张拉无粘结高强预应力筋穿过预制墙板及墙板间的接缝，以实现结构的整体性，图6 为典型的无粘结后张拉预应力剪力墙构造。无粘结后张拉预应力剪力墙具备了良好的“自复位”特性，即剪力墙在地震作用后稍加修复或无需修复，即能恢复其正常使用功能，能显著减小墙体在地震作用下的残余变形。且无粘结后张拉预应力筋长度对抗震性能也有较为明显的影响，无粘结后张拉预应力筋长度越长，墙体的屈服强度会越大，但极限强度反而会越低。

图6 典型的预应力预制剪力墙构造

尽管无粘结后张拉预应力筋连接具有施工便捷、“自复位”性能好等优点，但其在耗能方面表现较差，针对这一问题，可针对将耗能部件装配于结构中以提高其耗能能力进行深入研究。

3 结语

该文系统地介绍了国内外预制混凝土剪力墙现有的几种竖向连接方式的最新研究进展，综上所述，国内对于竖向连接方式的研究和应用主要集中在湿连接方式，而如螺栓连接、无粘结预应力连接等干连接方式仅在国外得到了广泛应用。因此，我国在预制结构领域的发展与发达国家相比仍存在较大差距。