预制剪力墙水平拼缝处单排搭接钢筋受力传递分析

潘尚杰

安徽建筑大学土木工程学院 安徽 合肥 230022

引言

传统建筑行业不断升级，住宅产业化和工业化大势所趋，装配式构成为了一种迎合时代要求的一种结构体系。结构体系设计简单，施工方便快捷，得到国家和地方大力支持。近年来，国内外专家、学者在叠合板式剪力墙结构的力学性能方面进行了深入研究并取得重大研究成果。连星等[1]设计4组叠合板式剪力墙试验和2组现浇剪力墙试验，对比发现叠合板式剪力墙中现浇部分与预制部分可以有效地协同工作。Rizkalla.S.H等[2]通过理论计算和试验对预制混凝土剪力墙结构中水平接缝的抗剪能力进行了相关研究证明，水平接缝连接处的剪力主要受墙板与墙板接触面间的摩擦力和连接构造形式的影响。本文为研究叠合板式剪力墙水平拼缝处搭接钢筋受力传递效果，设计了单排布置钢筋搭接试件，通过钢筋拉拔试验来评估此搭接方式的可靠性和实用性。

1 试验概况

1.1 试件设计

图1 水平拼缝钢筋单排搭接方式

图2 构件尺寸图

水平拼缝处搭接钢筋的不同构造措施可分为双排插筋布置和单排插筋布置，如图1。本试验根据此两种插筋布置方式设计单排布置搭接钢筋试件，试件由预制层，现浇层和搭接钢筋组成，设计试件尺寸如图2所示，其中钢筋选用HRB400级，其中现浇层与预制层中钢筋直径分别为16mm，12mm。混凝土选用C30级混凝土。

1.2 试件制作

本次试验主要研究搭接钢筋在混凝土中应力应变传递性能，试件中钢筋应变片位置见图3。将搭接钢筋放入特质钢模中，搭接钢筋受力两端伸出钢模300mm，应变片导线从构件顶部伸出。浇筑混凝土，先浇筑预制部分，养护7d后浇筑现浇部分，养护28d。试件制作图，见图4。

图3 应变片位置

图4 搭接试件制作

1.3 试验方案

试验采用单向拉伸的方法进行钢筋搭接性能研究。将试件搭接钢筋上端搭接钢筋通过锚具与拉拔仪器上端转接件连接，下端纵向受拉钢筋通过锚具与仪器下横梁固定。加载装置及试件安装如图5。加载速度根据相关规范[3]，加载按6kN/min的速度进行。在加载过程中，注意观察和记录试件表面混凝土裂缝开展情况，记录搭接钢筋的屈服荷载和极限荷载，直至钢筋被拉断或试件劈裂。

图5 加载装置

2 试验结果与分析

2.1 试验现象

3个搭接钢筋试件在试验加载初期，试件表面一般没有明显变化。加载至钢筋即将屈服时，钢筋与混凝土接触点开始出现裂缝。随着力的加载，裂缝开始沿着试件顶部向两侧延伸，并开始有部分混凝土破碎。达到钢筋屈服荷载后，裂缝进一步扩大。其中，3组单排搭接试件中，2组试件上端搭接钢筋被拔断，下端钢筋与混凝土接触面发生小破坏；1组试件上端钢筋与混凝土接触点出现裂缝，下端发生劈裂破坏。试件部分破坏形态见图6。

图6 单排搭接试件破坏形态

2.2 试验结果分析

试验结果汇总见表1，各试件荷载位移曲线见图7

表1 搭接钢筋试件试验结果汇总

图7 试件位移荷载曲线

对比分析各个试件在加载过程中的表现和破坏状态，可以得出以下规律：

单排搭接试件由于上端搭接钢筋位于现浇层中间位置，混凝土对钢筋的保护作用良好，试件上端发生的破坏较小，出现细微的混凝土破碎。而两组试件上端搭接钢筋被拉断，经测量，破坏位置在混凝土上端向内50mm处，此位置是试件上端应变片所在位置，钢筋拉断是由于贴放应变片时对钢筋此处进行打磨整平，导致钢筋此处发生一定损伤。

3组试件下端都出现不同程度的斜拉破坏，主要是因为预制板中纵向受拉钢筋的保护层厚度较少，导致钢筋的混凝土的保护层厚度不足。当试件受力时，试件下端钢筋受到反力的作用，钢筋向四周传力，此时由于最外层混凝土厚度较低，钢筋外侧的混凝土压力不断增大最后发生破坏。

3 钢筋应力应变分析

取试件上端与中部位置应变片进行分析，各试件荷载应变曲线如图8，可以得出大致规律，试件在加载初期，上端搭接钢筋在混凝土内50mm处应变不断增长，这是由于上端搭接钢筋受向上的拉力引起的；上端与之对应预制层中的钢筋在此处应变无明显变化；试件中间位置钢筋应变也没有明显的变化趋势。

当试件加载逐渐至屈服，此时试件上端50mm处受到拉力的钢筋应变增长变快，应力向混凝土扩散。与之对应的钢筋位置虽然受到混凝土应力变化出现应变增长的趋势，但应变值均很小。可以认为，由于带肋钢筋与混凝土之间存在钢筋与混凝土接触面上的黏结应力；混凝土收缩握裹钢筋产生的摩阻力以及带肋钢筋嵌入混凝土产生的机械咬合力，当两端钢筋受拉时，受力钢筋产生的应力主要被该层的混凝土吸收，传递至预制层或现浇层的应力较低。在试件达到屈服后，钢筋受力的作用，应力向受力方向传递，传递至试件中间位置，应力越来越少。

图8 各试件荷载应变曲线

4 结束语

（1）3组试件都发生一定破坏，受拉破坏的位置大致相同，试件下端都出现不同程度的斜拉破坏，主要是因为预制板中纵向受拉钢筋的保护层厚度较少。

（2）试件中受拉钢筋的应变变化明显，由于钢筋与混凝土之间存在钢筋与混凝土接触面上的黏结应力；混凝土收缩握裹钢筋产生的摩阻力以及带肋钢筋嵌入混凝土产生的机械咬合力，当钢筋受拉时，受力钢筋产生的应力主要被该层的混凝土吸收，传递至预制层或现浇层的应力较低，所以对应钢筋位置应力传递较少；钢筋应力随拉力作用向另一端传递，传递至试件中间位置的应力较低。