装配式混凝土构件连接方式(装配式调研课题)

装配式混凝土结构连接方式

一、概述

国内外的研究人员和工程设计人员依据桥型特点、施工条件和所处环境等因素，对预制拼装墩柱（包含立柱及盖梁）连接构造提出很多类型。主要可归结为有粘结后张预应力钢绞线（精扎螺纹钢）、灌浆套筒连接、波纹管连接、湿接缝连接、插槽式连接、承插式连接以及混合式连接等。由此实现了预制墩柱之间、预制墩身与盖梁、预制墩身与承台的连接，而拼装接触面采用砂浆垫层或环氧胶接缝。

预制构件的连接方式需根据结构形式、抗震设防烈度、施工、运输、拼装等因素综合考虑，主要连接方式如下表所示。

表 1.1装配式结构预制构件间主要连接方式

根据国内外的试验研究及应用调研，通过上述几种连接构造的对比，考虑到国外既有经验的可靠度及国内理念接受度，国内城市桥梁快速连接接头多选用灌浆套筒连接构造。

表3.2.4 各种连接构造比较

灌浆套筒和灌浆金属波纹管技术是目前国内装配式建筑竖向连接常用的两种方式。

虽然灌浆金属波纹管相对于灌浆套筒存在较大优势，但是它不如灌浆套筒设置灵活，且钢筋的插入深度比灌浆套筒钢筋插入深度长1倍多，构件过长的外露钢筋加大了吊装、运输过程中的弯折、损坏风险。相比较而言，钢筋套筒灌浆连接技术更加成熟，适用于较大直径钢筋的连接；广泛应用于装配式混凝土结构中剪力墙、柱等纵向受力钢筋的连接。钢筋浆锚搭接连接适用于较小直径的钢筋（d≤20mm）的连接，连接长度较大，不适用于直接承受动力荷载构件的受力钢筋连接。国内应用较多的连接方式为灌浆套筒连接。

对于灌浆套筒连接，套筒腔体内部灌浆密实是灌浆套筒连接有效的先决条件，国内外试验室内的灌浆套筒连接是十分有效的，然而受工地现场施工人员素质等因素的影响，腔体密实难以保证，且目前缺乏有效的检测手段，验收时也没有足够依据。因此，应加强施工人员技术培训，同时健全监督监管体系。（市市政设计院）

二、构件连接方式

2.1灌浆套筒连接

套筒灌浆技术的定义为：钢筋套筒灌浆连接技术是指带肋钢筋插入内腔为凹凸表面的灌浆套筒，通过向套筒与钢筋的间隙灌注专用高强水泥基灌浆料，灌浆料凝固后将钢筋锚固在套筒内实现针对预制构件的一种钢筋连接技术。

无收缩灌浆料是以高强度材料作为骨料（如：石英砂、金刚砂等），以水泥、灌浆母料等为介质，辅以高流态、微膨胀、防离析等外加剂（如：减水剂）配制而成。

钢筋套筒灌浆连接施工流程主要包括：预制构件在工厂完成套筒与钢筋的连接、套筒在模板上的安装固定和进出浆管道与套筒的连接，在建筑施工现场完成构件安装、灌浆腔密封、灌浆料加水拌合及套筒灌浆。

2.1.1全灌浆套筒

▲灌浆套筒连接模型示意图

▲现场拼接图▲套筒

▲预制构件制作▲水平灌浆

2.1.2半灌浆套筒连接

半灌浆套筒的施工工艺即在工厂预制的时候把套筒连接到钢筋上预制成型拉到现场组装。

▲半灌浆套筒连接▲直螺纹套筒和灌浆套筒连接

钢筋对位之后灌浆前有一项重要工作——吹灰，即用高压气泵把里面的东西全部吹出来。这里面的东西，也包括了空气，灌浆的时候如果空气不能排出来，就会导致灌浆料不密实，因此我们一般在套筒灌浆预留两个孔出浆孔和灌浆孔。

2.1.3倒插法灌浆工艺

把套筒预埋在构件的上部，插筋预留在构件的下部，构件吊装时将插筋对准下层构件露明的套筒插入，降低了构件生产和施工安装的难度。

倒插法预制剪力墙基本构件图套筒在上，插筋在下：

特点：

1.这样的预制剪力墙因为不需要留注浆孔和排气孔，因此可以采用不留侧孔的套筒，降低了套筒成本。

2.由于构件表面不需要留孔，可以任一面朝下生产（正反打工艺均可），表面平整容易收光，降低了构件生产难度、节约成本，特别是采用正打工艺使构件的外立面装饰有了更多的选择性。

3.套筒与构件中钢筋的连接可以选择螺纹连接或者熔焊连接，降低生产难度节约成本。

4.钢管套筒在构件上表面的留出长度由楼板的现浇叠合层厚度决定，高出现浇后的楼面10～20mm为好。

2.2浆锚搭接连接

浆锚搭接连接是指在预制混凝土构件中采用特殊工艺制成的孔道中插入需搭接的钢筋，并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋搭接连接方式。

这种搭接技术在欧洲有多年的应用历史，也被称之为间接搭接或间接锚固。我国已有多家单位对间接搭接技术进行了一定数量的研究工作，如哈尔滨工业大学、黑龙江宇辉新型建筑材料有限公司等对这种技术进行了大量试验研究，也取得了许多试验研究成果。

2.2.1浆锚搭接预留孔洞的成型方式

1. 埋置螺旋的金属内模，构件达到强度后旋出内模；

2. 预埋金属波纹管做内模，完成后不抽出。

两种成型方式对比：采用金属内膜旋出时容易造成孔壁损坏，也比较费工，因此金属波纹管方式可靠简单。

2.2.2约束浆锚连接的原理

浆锚搭接连接是基于黏结锚固原理进行连接的方法，在竖向结构构件下段范围内预留出竖向孔洞，孔洞内壁表面留有螺纹状粗糙面，周围配有横向约束螺旋箍筋，将下部装配式预制构件预留钢筋插入孔洞内，通过灌浆孔注入灌浆料将上下构件连接成一体的连接方式。

浆锚搭接灌浆料：灌浆料是以水泥为基本原料，其性能应符合下表的规定。

2.2.3钢筋约束浆锚搭接连接

在预制构件中有螺旋箍筋约束的孔道中进行搭接的技术，称为钢筋约束浆锚搭接连接。

2.2.4金属波纹管浆锚搭接连接

金属波纹管浆锚搭接连接：墙板主要受力钢筋采用插入一定长度的钢套筒或预留金属波纹管孔洞，灌入高性能灌浆料形成的钢筋搭接连接接头。

金属波纹浆锚管：采用镀锌钢带卷制形成的单波或双波形咬边扣压制成的预埋于预制钢筋混凝土构件中用于竖向钢筋浆锚接的金属波纹管。

▲预制外墙板间竖向钢筋的金属波纹管浆锚搭接连接

（外墙拼缝截面采用内高外低的防雨水渗漏构造）

2.2.5有关要求

浆锚搭接连技术的关键在于孔洞的成型技术、灌浆料的质量以及对被搭接钢筋形成约束的方法等各个方面。

目前我国的孔洞成型技术种类较多，尚无统一的论证，因此《装配式混凝土结构设计规程》要求纵向钢筋采用浆锚搭接连接时，对预留孔成孔工艺、孔道形状和长度、构造要求、灌浆料和被连接钢筋，应进行力学性能以及适用性的试验验证。

试验验证是指需要验证的项目必须经过相关部门组织的专家论证或鉴定后方可使用。

2.3后浇混凝土连接

后浇混凝土是指预制构件安装后在预制构件连接区域或叠合层现场浇注的混凝土。

在装配式结构中，基础、首层、裙房、顶层等部位的现浇混凝土成为现浇混凝土。

连接区域或叠合部位的现场浇注的混凝土称为后浇混凝土。

后浇混凝土连接时装配式混凝土结构中非常重要的连接方式，基本上所有的装配式混凝土结构建筑都会有后浇混凝土。

后浇混凝土钢筋连接是后浇混凝土连接节点最重要的环节。

后浇混凝土钢筋连接方式可采用现浇结构钢筋的连接方式，主要包括：机械螺纹套筒连接、钢筋搭接、钢筋焊接等。

预制混凝土构件与后浇混凝土的接触面须做成粗糙面或键槽面，或两者兼有，以提高混凝土抗剪能力。

平面、粗糙面和键槽面混凝土抗剪能力的比例为 1 : 1.6 : 3，即粗糙面抗剪能力是平面的1.6倍，键槽面是平面的3倍。

▲梁端键槽构造示意

1-键槽；2-梁端面

粗糙面的处理方法：

人工凿毛法：人工使用铁锤和凿子剔除预制构件结合面的表皮，露出碎石骨料。

机械凿毛法：使用专门的小型凿岩机配置梅花平头钻，剔除结合面混凝土表皮。

缓凝水冲法：在预制构件混凝土浇注前，将含有缓凝剂的浆液涂刷在模板上，浇注混凝土后，利用已浸润缓凝剂的表面混凝土与内部混凝土的缓凝时间差，用高压水冲洗未凝固的表层混凝土，冲掉表面浮奖露出骨料形成粗糙表面。

2.4螺栓连接

螺栓连接是指用螺栓和预埋件将预制构件与预制构件或预制构件与主体结构进行连接的一种连接方式。

螺栓连接属于干法连接；钢筋套筒灌浆连接、浆锚搭接、后浇混凝土连接都属于湿法连接。

螺栓连接的适用范围：在装配式混凝土结构中，螺栓连接仅用于外挂墙板和楼梯等非

主体结构构件的连接。

2.5焊接连接

焊接连接：是指在预制混凝土构件中预埋钢板，构件之间将预埋钢板进行焊接连接来传递构件之间作用力的连接方式。

焊接连接在混凝土结构中仅用于非结构构件的连接。