裝配式混凝土結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)從形式上的明顯區(qū)別,則是構(gòu)件分割預制造成的拼縫處混凝土不連續(xù)和鋼筋截斷。從力學性能和設計方法角度分析,混凝土僅考慮其抗壓,拼縫對其受壓性能影響較小,只要采取適當構(gòu)造措施保證拼縫抗剪性能即可;而鋼筋是提供抗拉承載力的重要來源,其截斷對鋼筋混凝土構(gòu)件/結(jié)構(gòu)的受力影響極為關(guān)鍵。因此,為實現(xiàn)“等同現(xiàn)澆”的裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu),其鋼筋連接的可靠性成為關(guān)鍵技術(shù)問題,也是我國當前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究重點。
目前,裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預制構(gòu)件鋼筋連接主要采用漿錨連接與套筒灌漿連接兩種技術(shù)手段。
l 鋼筋漿錨連接
(1)技術(shù)要點
將從預制構(gòu)件表面外伸一定長度的不連續(xù)鋼筋插入所連接的預制構(gòu)件對應位置的預留孔道內(nèi),鋼筋與孔道內(nèi)壁之間填充無收縮、高強度灌漿料,形成鋼筋漿錨連接,目前國內(nèi)普遍采用的連接構(gòu)造包括約束漿錨連接和金屬波紋管漿錨連接,構(gòu)造示意詳見圖1。其中,約束漿錨連接在接頭范圍預埋螺旋箍筋,并與構(gòu)件鋼筋同時預埋在模板內(nèi);通過抽芯制成帶肋孔道,并通過預埋PVC軟管制成灌漿孔與排氣孔用于后續(xù)灌漿作業(yè);待不連續(xù)鋼筋伸入孔道后,從灌漿孔壓力灌注無收縮、高強度水泥基灌漿料;不連續(xù)鋼筋通過灌漿料、混凝土,與預埋鋼筋形成搭接連接接頭。金屬波紋管漿錨搭接連接采用預埋金屬波紋管成孔,在預制構(gòu)件模板內(nèi),波紋管與構(gòu)件預埋鋼筋緊貼,并通過扎絲綁扎固定;波紋管在高處向模板外彎折至構(gòu)件表面,作為后續(xù)灌漿料灌注口;待不連續(xù)鋼筋伸入波紋管后,從灌注口向管內(nèi)灌注無收縮、高強度水泥基灌漿料;不連續(xù)鋼筋通過灌漿料、金屬波紋管及混凝土,與預埋鋼筋形成搭接連接接頭。
(a)約束漿錨連接
(b)金屬波紋管漿錨連接
圖1 鋼筋漿錨連接構(gòu)造示意
(2)技術(shù)原理
無論約束漿錨連接還是金屬波紋管漿錨連接,其不連續(xù)鋼筋應力均通過灌漿料、孔道材料(預埋管道成孔)及混凝土之間的粘結(jié)應力傳遞至預制構(gòu)件內(nèi)預埋鋼筋,實現(xiàn)鋼筋的連續(xù)傳力。根據(jù)其傳力方式,待連接鋼筋與預埋鋼筋之間形成搭接連接接頭?紤]到鋼筋搭接連接接頭的偏心傳力性質(zhì),一般對其連接長度有較嚴格的規(guī)定。約束漿錨連接采用的螺旋加強筋,可有效加強搭接傳力范圍內(nèi)混凝土的約束,延緩混凝土的徑向劈裂,從而提高鋼筋搭接傳力性能。而對于金屬波紋管漿錨連接,也可借鑒其做法,在搭接接頭外側(cè)設置螺旋箍筋加強,但應尤其注意控制波紋管與螺旋箍筋之間的凈距離,以免影響該關(guān)鍵部位混凝土澆筑質(zhì)量。
(3)存在問題
由于鋼筋漿錨連接的偏心傳力機制,對其力學性能,尤其是用于抗震結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件或關(guān)鍵部位的安全性一直是行業(yè)關(guān)注熱點。
l 鋼筋套筒灌漿連接
(1)技術(shù)要點
將預制構(gòu)件斷開的鋼筋通過特制的鋼套筒進行對接連接,鋼筋與套筒內(nèi)腔之間填充無收縮、高強度灌漿料,形成鋼筋套筒灌漿連接,其連接構(gòu)造見圖2。套筒作為鋼筋連接器,最早于20世紀60年代后期由Alfred A. Yee發(fā)明,經(jīng)過不斷改良,研發(fā)出了成熟的套筒產(chǎn)品,且在發(fā)展過程中逐漸形成了全灌漿套筒與半灌漿套筒兩種主要產(chǎn)品形式(見圖2(a))。套筒早期形式即為全灌漿套筒,套筒兩端不連續(xù)鋼筋均需插入套筒內(nèi)并通過灌漿實現(xiàn)鋼筋連接;半灌漿套筒為后期形成的套筒形式,套筒一端鋼筋(一般為預埋鋼筋)采用螺紋與套筒連接,另一端鋼筋(伸出預制構(gòu)件表面的不連續(xù)鋼筋)則仍然采用灌漿錨固于套筒內(nèi),半灌漿套筒可進一步縮短套筒長度,且便于構(gòu)件預制過程中套筒在模板中的定位。
(b)套筒灌漿連接構(gòu)件
圖2 鋼筋套筒灌漿連接構(gòu)造示意
(2)技術(shù)原理
不連續(xù)鋼筋之間通過灌漿料、鋼套筒進行應力傳遞;在鋼筋不連續(xù)斷面,鋼套筒則需承擔該截面全部應力;鋼套筒對灌漿料形成有效約束,進一步提高了灌漿料與鋼筋、鋼套筒之間的粘結(jié)性能。
(3)存在問題
目前國內(nèi)外代表性的套筒產(chǎn)品主要有美國LENTON® INTERLOK半灌漿套筒、日本NMB全灌漿套筒、日本東京鐵鋼灌漿套筒、臺灣潤泰全灌漿套筒、深圳現(xiàn)代營造“砼的”半灌漿套筒及北京建茂JM半灌漿套筒。除北京建茂采用機械加工成型外,其他套筒均采用球墨鑄鐵鑄造成型。由于各家套筒產(chǎn)品的原材料、加工工藝、表面形狀與內(nèi)腔結(jié)構(gòu)等方面的差異,各自形成了相應的產(chǎn)品標準,并要求采用與各自套筒相配套的專用灌漿料。由于套筒材料特殊性、加工工藝復雜性及產(chǎn)品專用性,套筒及配套灌漿料的產(chǎn)品價格較高,應用于工程中將造成成本的明顯增加,從而一定程度上制約了其應用與發(fā)展。