預制樓板連線節點施工技術研究

預制樓板是裝配式結構抗震設計中的重要環節，在結構中起承受重力和側向荷載並將其傳遞給支承結構的重要作用。在水平地震作用下，預制混凝土樓蓋體系中各預制樓板依靠連線實作了豎向和水平方向的荷載傳遞，並構成一個整體。預制樓板連線包括板縫連線和端部連線，且連線形式會對結構的整體穩定性產生影響。

預制混凝土樓蓋體系在地震作用下的受力效能是當前抗震設計中復雜且缺乏認知的研究方向之一。相比疊合板，預制樓板沒有現澆層，樓蓋的整體性和剛度較差，抗震設計的難度更高。相關研究表明，在水平地震作用下，預制樓蓋體系的板縫節點將處於一個復雜的復合應力狀態，包括平面內剪力、拉力（或壓力）和平面外剪力等。預制樓蓋體系在國際上還缺乏成熟的理論和公認的設計方法，因此，目前預制樓板在高烈度地震作用下的抗震設計目標是確保其強度和延性不低於對等的裝配整體式結構，從而滿足規範要求。

本研究回顧了近20年來國內外關於預制樓蓋板縫連線的研究進展以及目前主要套用的預制樓板與支承結構連線方式，內容包括預制樓板與支承結構的連線、預制樓板的板縫連線和結論三部份。

1 預制樓板與支承結構連線

透過震後調查發現，大部份倒塌的樓蓋都是由於預制樓板與支承結構之間缺乏牢固的連線。在水平地震作用下，連線節點的破壞會導致預制樓板與支承結構相分離，造成建築整體剛度和穩定性大幅降低，最終導致樓板破壞甚至房屋倒塌。穩固可靠的連線節點可保證整體結構的穩定，並極大地減少了地震造成的損失，因此在預制樓蓋體系中，選擇合適的預制樓板與支承結構的連線節點極為重要。

常見預制雙T板和預應力混凝土空心板與支承結構的連線方式如下。

1.1 雙T板與支承結構連線

現有的雙T板與梁、墻等支承結構的連線方式主要以焊接和螺栓連線等幹式連線方式為主。根據雙T板端部截面構造的不同可將連線分為板肋底連線、企口連線、鋼制嵌入式連線件連線。肋底連線是雙T板端部肋底直接與支承結構相連線；企口連線是對雙T板和支承結構開槽形成企口連線；鋼制嵌入式連線件連線是雙T板透過預埋的連線件與支承結構相連。

1.1.1 板肋底連線

現行18G432–1【預應力混凝土雙T板】給出了兩種雙T板與支承梁的連線方式。其中第一種連線在雙T板肋底部和支承梁頂部設定相對應的預埋鋼板，透過焊接將預埋鋼件連線起來；第二種連線在支承梁頂部設定預埋鋼件，在雙T板肋底預埋鋼管，透過螺栓將預埋鋼件連線。這兩種連線方式會加大結構的層高，且連線的整體性較差。

1.1.2 企口連線

企口連線是將雙T板端部和支承梁設計成企口的形式，在企口處設定預埋鋼板，並焊接連線形成整體（圖1）。該連線方式可降低結構高度，但減小了截面高度，會引起端部凹角處的應力集中，導致企口端部在剪下力作用下更易發生對角拉伸開裂。

圖1 企口連線示意

圖2 配置Z形筋的雙T板企口構造

圖3 配置C形筋的雙T板企口連線示意

（a）配置C形筋；（b）配置封閉箍筋

結果表明，兩種企口端部的承載能力基本一致，說明配置不同類別的吊筋對雙T板企口端部的承載力影響不大；配置C形筋的企口端部主要發生受彎破壞，受力效能良好，並具有很好的延性，而配置封閉箍筋的企口端部發生剪下破壞且破壞突然，端部更容易發生脆性破壞。考慮到雙T板肋較窄並且端部的鋼筋分布密集，為了保證連線的傳力可靠和施工簡便，建議雙T板企口端部采用C形吊筋。

1.1.3 鋼制嵌入式連線件連線

JVI公司發明了一種雙T板端部鋼制嵌入式連線件，稱為shooter連線（圖4），該連線件由內外兩個巢狀的方鋼管組成，且內鋼管可以由鋼絲拉出。該連線方式是將連線件嵌入在雙T板中，將雙T板吊裝到預定位置，然後將內管拉出擱置在支承結構挖槽中的軸承墊上，並安裝銷釘防止內管的移動。POORE等對該連線進行了試驗研究，結果表明：該連線的機械效能良好，為了達到shooter的機械設計能力，shooter周圍必須有足夠的混凝土提供所需的抗壓支撐能力，由鋼筋提供所需的抗拉支撐能力。且連線的破壞形式是剪下粘結破壞，破壞時梁中大多數鋼筋並未屈服。對該連線進行有限元分析發現，不利裂縫最有可能從靠近雙T板的端部底面出現，並向施加的荷載位置擴充套件。該連線的優點是不用透過鋼托座或企口連線，還可以消除連線處的焊接，降低施工成本。此外，允許由於徐變、收縮和溫度變化而導致的軸向體積移動。

圖4 鋼制嵌入式連線件示意

a）連線件構造示意；（b）安裝示意

PCI設計手冊提供了兩種鋼制嵌入式連線件連線的吊架連線方式，如圖5所示，該連線方式將連線件嵌入雙T板內，然後將懸臂鋼件與支承結構上的預埋鋼件焊接連線。

Cazaly吊架由懸臂的空心方鋼管、U形鋼帶以及錨固鋼筋組成，該連線是靠鋼帶對混凝土的限制以及底部鋼筋的錨固作用抗剪力。

研究發現：（1）Cazaly吊架的破壞是由於混凝土和底部錨筋發生剪下破壞，雖然發生較大的應變，但沒有發生頂部鋼筋或鋼帶的失效，鋼帶內混凝土也未發生破壞。需要註意的是，Cazaly吊架本身不具備承受水平或軸向力的能力，需要配置頂部鋼筋，以防止構件的拉出破壞；（2）Loov吊架由懸臂的鋼板、斜向鋼筋以及頂部的錨固鋼筋組成，能透過板內部垂直覆蓋預應力鋼筋束，使部份預應力鋼筋可以覆蓋在板端部，從而有效減少端部裂縫的開展。該節點的受力效能良好，且重量約為Cazaly連線的一半，制作安裝也更簡便。

圖5 吊架連線示意

（a）Cazaly吊架連線；（b）Loov吊架連線

基於Cazaly吊架和Loov吊架兩種連線方式，王曉鋒等提出了鋼帶企口和拉筋企口兩種連線方式並進行了試驗研究。兩種連線都將頂部的鋼件換成了內部灌漿的鋼管。此外，鋼帶企口還在Cazaly吊架的基礎上加入了受剪鋼筋。研究表明：鋼帶企口受力效能良好，可用於實際工程；而拉筋企口的鋼管和混凝土的拉接表現較差，易發生開裂，對受力效能影響較大，仍需要進一步改進並研究其效能。

綜上所述，現有的雙T板與支承結構連線方式種類繁多，各具優缺點。板肋底連線方式的構造簡單，端部無需特殊配筋構造即可滿足效能要求，並且施工安裝簡便，但是雙T板保持全截面會增加結構的層高，造成成本提升；企口連線方式能夠降低結構的層高，且施工安裝也比較簡便，但需要采用特殊的配筋構造，以提高端部的受力效能以及抗裂效能，增加構件的設計以及制作難度；鋼制嵌入式連線件的連線方式不用削弱截面，且不需要額外設定鋼托座或企口就可以降低結構的層高，降低了施工和安裝的難度，但是承受較大的荷載作用時連線可能會失穩。

1.2 預應力空心板與支承結構的連線

99zg408—1999【SP預應力空心板技術手冊（附冊一）】中給出了兩類SP預應力空心板與支承結構的連線方式：預埋鋼件和錨筋連線。其中預埋鋼件是在支承結構和板端設定預埋鋼件，透過焊接連線形成整體，該連線焊接接頭的強度和嚴密性較高，但是焊縫的施工質素不穩定，施工比較復雜；錨筋連線是在板縫或支承結構中偏好設定錨固鋼筋並灌漿連線，該連線施工簡便，連線的整體性很好，但是濕作業的存在會造成施工周期變長。

標準圖05SG408—2005【SP預應力空心板】也給出兩種預應力混凝土空心板與支承結構的錨筋連線方式。第一種連線方式在板縫中設定單根錨固鋼

筋，第二種連線方式在板縫中設定1組鋼筋網，且在支承結構上設定了墊板條（橡膠墊片或水泥砂漿），透過灌註砂漿（或細石混凝土）將空心板與支承結構連線形成整體。相比設定單根錨固鋼筋，設定鋼筋網的連線方式能提高連線的受力效能，但也會增加連線的施工難度和成本。

綜上所述，預應力空心板與支承結構之間通常采用預埋鋼件連線和錨筋連線。預埋鋼件連線便於構件制作以及現場施工。錨筋連線可提高預應力空心樓蓋的整體性和抗震效能，但是濕作業的存在會增加施工周期。

2 板縫連線

目前常用的連線件種類繁多，為了明確研究重點以及進一步探究如何對連線件進行科學、準確的抗震設計，匯總了近20年國內外學者的相關研究內容。結果表明：國外研究主要集中在雙T板連線件上，研究物件主要為JVI連線件、預制弦連線件、卡式連線件；國內研究較少，且集中在空心板連線件上，目前主要研究成果為龐瑞等提出的新型全預制裝配式RC樓蓋體系以及相應連線件；預制樓蓋體系的連線件分布間距在1.0~2.5m。

根據匯總結果，重點探討JVI連線件、預制弦連線件、卡式連線件3種機械連線件的效能與設計要求。

2.1 雙T板連線件

雙T板是目前預制樓蓋體系中套用最多的板型，常用於停車場等大跨度樓蓋體系，雙T板的連線件按照作用主要可分為抗彎連線件和抗剪連線件。抗彎連線件位於板縫兩端位置，負責提供面內抗彎強度；抗剪連線件沿板縫中間放置，負責提供面內抗剪強度。目前常用的預制雙T板樓蓋連線件主要為卡式連線件、JVI連線件和弦連線件。其中卡式連線件、JVI連線件是抗剪連線件，弦連線件是抗彎連線件。為確保樓蓋體系的整體性，制作過程中通常將連線件嵌入雙T板中，並在現場安裝過程中將相鄰雙T板上的連線件進行焊接。目前，雙T板的連線大多采用混合式連線方法，即連線件與板縫現澆相結合，以保證結構具有足夠的抗震效能。為了確保預制樓蓋體系的強度和剛度不低於對等的裝配整體式結構，學者對連線件的抗震效能做了大量研究。

2004年，ABDEL等對JVI連線件進行了29個單調和迴圈載入試驗。試驗結果表明：在剪下與張力作用下，連線件的水平剪下強度始終保持在相應的無拉伸荷載情況下的70 %左右；在所有的迴圈水平剪下試驗中，連線件破壞的原因都是連線件面板與鋼托座連線處發生斷裂，表現出連線件在混凝土中有足夠的錨固。

2009年，CAO等對美國常用的7種雙T板連線件的拉伸和抗剪效能進行了評估，並對連線件的細部設計提出了建議，以提高其連線強度和變形能力。試驗結果表明：卡式連線件具有較大的變形能力，但是由於連線件鋼托座與混凝土的表面嵌入面積小，卡式連線件的承載能力有限；弦連線件具有較大的剛度，但是延性較差；在單調剪下與張力的作用下，JVI連線件和弦連線件的剪下強度都因拉力的存在而降低。

2013年，NAITO等提出了一種試驗方法，評估預制混凝土板系統中所使用的嵌入式連線件的強度和變形能力，該方法實作了以統一的方式確定連線件的連線內容，從而可以量化現有的和新的連線形式，並在樓板系統中有效使用。同年，REN等將所做的200多個連線件試驗的數據（剛度、強度、變形效能）匯總為一個連線件綜合效能數據庫，並提出了一種簡化的靜力彈塑性建模方法，預估樓板體系的彎曲和剪下響應。根據REN等的試驗數據可以得出，JVI連線件和卡式連線件的變形能力極佳，預制弦連線件的變形能力相對較差。

2007年，WEI等提出了描述離散連線的預制混凝土結構節點間的變形行為和荷載分布的簡化有限元分析方法，將復雜的機械連線件用桁架單元替代，采用二維分析模型分析預制混凝土雙T板的面內變形和內力分布。

2015年，WAN等提出了一種用於對預制混凝土樓板進行二維有限元建模的樓板連線單元，連線件單元由大多數有限元軟件庫中現成的標準單元類別組合組成。經過模擬與試驗分析，結果表明：該連線件模型可有效用於二維有限元離散模型的靜力彈塑性分析，從而簡化預制樓蓋體系的有限元分析。

從延性的角度分析，JVI連線件和卡式連線件表現出了優良的延性，能夠滿足高烈度地震對延性的要求；從強度的角度分析，卡式連線件的強度較低，不適用於高地震區，JVI連線件具有較大的初始剛度，可滿足高地震區對強度的要求。綜上所述，JVI連線件的延性和強度均滿足高地震區的抗震設防要求，可以套用於高地震區。

2.2 預應力空心板連線件

預應力空心板通常采用灌漿連線，這種連線也稱為灌漿剪下鍵，如圖6所示。透過在板縫中添加鋼筋（圖7）、放置預埋件等結構措施，提高SP預應力空心板的整體性與抗震效能。由於在預應力空心板中放置預埋連線件的難度較高，因此在上述措施中，較為常用的是在板縫中添加鋼筋進行加固。