0 引言

　　装配式混凝土结构因具有工业化程度高、建造速度快、节能环保等特点得到广泛关注，多地要求单体建筑预制装配率≥50%，仅采用横向预制构件难以满足装配率要求，需采用竖向预制构件。由于竖向预制构件连接节点难以真正做到与现浇节点强度相同，制约了其在工程中的应用。因此，分析国内外竖向预制构件节点连接性能，并总结工程应用与研究现状。

　　1 套筒灌浆连接体系

　　1.1 体系特征

　　套筒灌浆连接是预制构件最常见的连接方式(见图1)，通过灌浆料的硬化，使钢筋与套筒内壁紧密咬合，进而使受力纵筋有效传力。灌浆料是由水泥基材料、细骨料及混凝土外加剂等组成的混合材料，对拌合物流动性、强度等要求严格，直接影响钢筋连接质量。套筒应具有密封性、干燥性和光洁性，施工前利用透光检查、高压空气清理等技术进行处理。

　　

　　图1 套筒灌浆连接示意  

　　 

　　1.2 连接节点发展与优化

　　余琼等根据改进的钢筋排布方式，在接头处采用搭接连接，搭接接头承载力、总伸长率、刚度分别为对接接头的5～7,3～5,2～3倍，位移延性系数大于对接接头。

　　针对套筒灌浆连接中难以将上下纵筋固定的问题，研究出了倒插法灌浆工艺。该工艺将套筒留在下层墙板顶端，上层墙板安装前先灌浆，然后将钢筋对位安装在上层墙板上。由于省去了注浆孔与排气孔，降低了生产难度，节约了施工成本。

　　刘阳等基于滚轧直螺纹套筒与灌浆套筒复合纵筋连接技术，提出具有高装配性能的预制柱节点连接方式(见图2)，可缩短纵筋拼接长度，从而提高现场拼装效率。

　　

　　图2  

　　 

　　2 浆锚搭接体系

　　2.1 体系特征

　　浆锚搭接体系受力钢筋在预制构件预留孔洞内外通过间接搭接实现应力传递(见图3)，向与预留孔洞相连的灌浆孔内注入灌浆料，从而使预制构件连成整体，简化了施工工艺，降低了施工成本，已成为竖向预制构件受力钢筋主要连接方式之一。

　　

　　图3 浆锚搭接机理  

　　 

　　2.2 连接节点发展与优化

　　刘文清等提出插入式预留孔灌浆钢筋搭接方式，如图4所示。在上部预制构件预埋钢筋旁预留粗糙孔洞，孔洞上下分别预留排气孔和灌浆孔，孔洞外围配有钢筋，将下部预制构件连接钢筋插入预留孔洞内进行压力灌浆，可实现钢筋连接。

　　

　　图4 插入式预留孔灌浆钢筋搭接  

　　 

　　采用金属波纹管浆锚搭接连接时，首先在混凝土中预埋波纹管，待混凝土强度达到要求后，钢筋穿入波纹管，然后将高强无收缩灌浆料灌入波纹管，起锚固钢筋的作用。

　　为进一步解决浆锚搭接体系中钢筋精确定位问题，冯健等提出预制剪力墙竖向钢筋集中约束搭接构造，下层剪力墙上部竖向钢筋等角度弯折后伸入下部预留连接孔道，孔道外侧设有螺旋箍筋，附加竖向钢筋在孔道内沿墙厚多排分布，通过灌浆实现竖向钢筋集中约束搭接。该搭接形式简单，降低了生产和施工难度，同时降低了对灌浆料和螺旋箍筋的材料要求，具有良好经济性。

　　3 现浇段连接体系

　　3.1 体系特征

　　现浇段连接体系在预制装配单元间设置现浇段，形成整体受力结构。现浇段钢筋可采用机械连接、焊接、绑扎等方式相连，预制构件与现浇段接触面需做成粗糙面或键槽面，以提高混凝土抗剪能力。

　　3.2 连接节点发展与优化

　　现浇段连接体系节点主要包括现浇柱端节点、现浇梁端节点、叠合式节点、预埋钢盒式螺栓节点，如图5所示。其中叠合式节点将梁底部钢筋焊接在柱侧牛腿预埋钢板上，以保证钢板连续性，梁上部钢筋贯穿柱预留间隙，通过浇筑叠合层形成整体，性能优于整浇节点;预埋钢盒式螺栓节点通过使用螺栓，简化施工，预埋钢盒与梁、柱内钢筋焊为一体，通过螺栓连接梁、柱，再向钢盒内灌入高强砂浆，性能最优。

　　

　　图5 现浇段连接体系节点  

　　 

　　刘家彬等和余志武等提出装配式剪力墙U形套箍连接方式，如图6所示，通过水平钢筋和箍筋缠绕竖向U形钢筋，实现力的传递。经检测，U形套箍连接体系钢筋锚固性能可靠，承载力和延性较好。但由于预制部分与后浇段混凝土易发生面内错动，新旧混凝土交界面易产生裂缝。

　　张锡治等在U形套箍连接体系的基础上，改变现浇部分位置与截面形式，提出两侧暗柱现浇、上下墙体齿槽相连的装配式复合齿槽U形搭接体系，如图7所示。墙体上下层竖向分布钢筋通过U形筋在复合齿槽区错位搭接，在搭接区域内配置水平插筋和箍筋，复合齿槽区墙体水平分布钢筋加密，使U形筋更好地传力。对齿槽进行圆角倒角处理，以避免应力集中，对交界面进行粗糙处理，以保证新旧面连接牢固。

　　

　　图6 U形套箍连接  

　　 

　　

　　图7 装配式复合齿槽U形搭接体系节点  

　　 

　　预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系(世构体系)节点如图8所示，由键槽、U形筋和现浇混凝土等组成，U形筋连接节点两端，纵筋在梁端键槽区搭接，使节点简化，施工方便，且具有良好的延性。

　　

　　图8 世构体系节点示意  

　　 

　　对于需要拼装的竖向预制构件，可采用水平锚环灌浆连接，即在竖向接缝处设置后浇带，预制墙板侧面甩出钢筋锚环，后浇混凝土。为保证质量，要求后浇混凝土强度高于预制构件强度。如果施工工艺满足要求，可保证结构整体性能和抗震性能。

　　4 预应力连接体系

　　4.1 体系特征

　　预应力连接体系通过将预应力筋穿入预留孔道并张拉，使横向构件与竖向构件紧密连接(见图9)。根据灌浆后预应力筋与孔道的黏结程度，分为全黏结、部分无黏结、无黏结预应力连接体系。

　　

　　图9 预应力连接体系示意  

　　 

　　4.2 连接节点发展与优化

　　全黏结预应力连接体系通过预应力筋的张拉锚固实现构件连接，虽在一定程度上提高了结构耐久性，减小了锚具压力，但研究发现，预应力会随着相连铰接面塑性变形的增加发生损失，导致结构自复位能力下降，最终影响结构承载力。

　　预制抗震结构体系连接节点如图10所示，采用无黏结后张拉预应力筋和可替换的耗能构件，使各构件采用干式连接，在地震作用下，可使建筑物复位，地震产生的能量既能通过内部耗能构件吸收，又能通过构件来回错动进行外部消耗(见图11)。

　　

　　图1 0 预制抗震结构体系连接节点  

　　 

　　

　　图1 1 节点耗能  

　　 

　　在预制抗震结构体系的基础上研发出了部分无黏结快速装配式混凝土框架结构体系，如图12所示。该体系具有简单、高效、抗震性能好等优点，已在实际工程中得到应用。

　　

　　图1 2 快速装配式混凝土框架结构体系  

　　 

　　在该体系的基础上进一步研发出了无黏结后张拉预制剪力墙结构体系，通过穿过预制墙段水平接缝的后张拉无黏结钢筋或钢绞线形成剪力墙结构，如图13所示。墙体通常以层高为单元分段预制，预埋预应力筋导管。墙段通常配置一定数量的钢筋网片，以防止混凝土收缩开裂等，但钢筋网片在接缝处不连通，在水平侧向力作用下，墙段可在接缝处张开。吴浩等进行无黏结后张拉预制剪力墙抗震性能模拟，证明剪力墙发生大位移后残余变形较小。

　　

　　图1 3 无黏结后张拉预制剪力墙结构体系  

　　 

　　王云亮提出利用角钢耗能的预应力装配式混凝土框架结构体系，如图14所示。该结构采用牛腿柱和缺口梁，将缺口梁搭在牛腿柱上，通过预应力筋和角钢螺栓进行装配。牛腿柱可抵抗部分剪力，并为缺口梁提供竖向支撑，不仅方便施工，且增加了安全性。角钢作为耗能构件，更换方便，经济适用。

　　5 螺栓连接、焊接等类钢构连接体系

　　5.1 体系特征

　　螺栓连接类钢构连接体系利用预埋螺栓和预埋钢板进行构件连接，焊接类钢构连接体系将钢筋和预埋钢板焊接在上下柱之间。

　　

　　图1 4 角钢耗能预应力装配式混凝土框架结构体系节点  

　　 

　　螺栓连接类钢构连接体系中螺栓连接方式如图15所示，前2种方式削弱了节点连接处的混凝土性能，降低了构件承载力，但具有良好的延性。

　　

　　图1 5 螺栓连接形式  

　　 

　　5.2 连接节点发展与优化

　　目前工程中主要采用基于连接器或暗梁的螺栓连接类钢构连接体系，如图16所示。已有研究表明，上述连接方式均具有良好的抗震性能、延性与耗能性能等。柱和墙板可通过预埋钢构件进行螺栓连接(见图17)，传力明确。上下预制柱可通过预埋钢板、附加活动盖板、焊接钢筋实现力的有效传递。

　　

　　图1 6 螺栓连接类钢构连接体系  

　　 

　　张晋元等提出新型柱柱节点，其特征在于预制柱拼接处锁具-锁构造和齿槽状构造。首先在上下预制柱四周纵筋拼接端部焊接预埋钢板;然后在预埋钢板侧端面焊接锁具，上下预制柱拼接完成后，由于锁具上锁孔的存在，形成了锁槽;最后将表面涂有黏结材料的锁砸入锁槽中。锁槽个数与预制柱四周钢筋根数相对应，锁槽最小截面面积不小于对应钢筋截面面积。锁外表面与锁具内表面相互挤压、摩擦，钢筋应力通过预埋钢板、锁具与锁从一侧传至另一侧，传力路径明确。利用棱台状钢模形成齿槽状截面，混凝土浇筑成型后钢模不必拆下，与预埋钢板、锁具在拼接端部构成钢制柱靴。上下预制柱在拼接端部形成拼接面，可准确方便地进行施工定位，提高拼接后装配柱受剪承载力。

　　

　　图1 7 预埋钢构件螺栓连接  

　　 

　　6 结语

　　竖向预制构件作为装配式建筑结构承受压力的重要构件，其节点连接性能直接决定建筑物整体性能与抗震性能，是提高单体建筑预制装配率的关键。

　　套筒灌浆连接是目前较常见的竖向预制构件连接方式，但由于节点连接质量不易保证，且检测困难等，导致其难以应用于高烈度地区;现浇段连接是目前最易保证施工质量的连接方式;预应力连接体系节点延性有所提高，但施工困难，且造价较高;类钢构连接体系具有明确的传力路径、良好的延性和耗能能力，具有一定应用前景。

　　目前，我国虽对竖向预制构件连接方式进行了大量创新，但尚未形成完整的理论体系与成熟的生产体系，有待进一步研究与改进。现场施工过程中应采用新材料和新型节点连接方式，以解决预制构件节点数量过多、连接复杂和安装精度难以控制等问题，从而使装配式混凝土框架结构得到更好的发展。