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3 装配式混凝土构件的连接

现浇混凝土的一个关键特征是“结构是由模板来建造的”，但在预制混凝土结构中，单个预制部件仅需要在预制完成后进行相互组装便能形成一个结构。因此，预制构件之间的连接必须以某种适当的方式传递力。有关预制混凝土结构中的连接概述可以在[202]和[74]中找到。在许多情况下，连接的方式必须满足轴力、剪力和弯矩的强度要求，本章将分别探讨压缩，拉伸和剪切连接的情况。

3.1 挤压连接

3.1.1 对接连接

预制混凝土构件应始终置于支撑层或砂浆层上^{[203,204,224]}。不应使用无中间层的干式支撑。根据德国混凝土规范DIN 1045-1第13.18.2节，只有当“混凝土中的平均压缩应力不超过0.4f_cd并且在工厂和建筑工地上达到必要的工艺质量时才允许使用干式支座”（例如地板或屋顶的中间组成部分层）。但是，德国目前的做法是在所有这些支座中至少使用隔板或类似的材料垫。

德国混凝土规范DIN 1045-1区分了柔性支座和刚性支座的连接。在柔性连接方式的情况下（图3.1a），接合材料的横向位移导致端面中的张力。产生的横向拉伸应力必须通过加固来解决。柔性支座的连接方式下可能需要在端面中进行加固。

在刚性连接方式中，接合材料的弹性模量至少为相邻部件的弹性模量的70％。

刚性连接具有坚硬支撑和缩小的横截面的连接方式（图3.1b）由于力从整个横截面重新定向到缩小的横截面而产生横向拉力，这必然会受到钢筋的抵抗^[75]。在这种情况下允许更高的局部承压能力（图3.2）。

根据DIN 1045-1 eq.（116），以下适用：

（51）

萨利赫已进行进一步调查^[210];结论可在^[209]中找到。

预制混凝土结构。第一版。休伯特巴赫曼，阿尔弗雷德斯坦勒

copy;2011 Ernst＆Sohn GmbH＆Co.KG.由Ernst＆Sohn GmbH＆Co.KG出版。

图3.1 不同类型的压缩连接：（a）柔性连接，由于接缝材料横向扩展引起的横向拉伸应力，{b）刚性收缩连接，由于传递面积减小引起的横向拉伸应力，（c）刚性非收缩连接，由于纵向杆和混凝土外壳中的载荷分量的重定向引起的横向拉伸应力。

图3.2 用于确定局部支撑压力的缩小面积

在整个接触面积上刚性连接的柱连接方式基本上是重载柱的常用连接方式。可以使用DIN 1045-1中的下列公式计算负载能力：

其中，

1.0表示钢制端板

0.9用于端面加固

由于柱中钢筋和混凝土中荷载的重新定向，横向拉伸应力在邻近接头的柱构件的端部形成（参见图3.lc）。

DAfStb小册子499的出版是Konig和Minnert ^[211]的研究成果了，其中提出了由高强度混凝土制成的对接预制混凝土柱的新设计方案。对于普通强度混凝土中的对接连接，另见[212]。

我们基本上区分了两种类型的对接细节（图3.3）：

• 有钢板的情况
• 以及在端面有加固的情况。

研究表明，在柱端面使用钢板是防止砂浆接缝中产生横向应变的一种非常有效的方法，并且所产生的应力往往较低。此外，纵向钢筋中的总荷载分量可以通过砂浆接缝进行处理，这样就不会由于长接缝钢筋（图3.3）在接缝附近的端部锚固而产生应力。

图3.3柱末端带钢板和无钢板的试验柱纵向钢筋的受压情况^[211]

另一方面，在端部使用钢筋时，钢筋中只有一部分力是通过端部支撑传递的。较大的部分通过粘结应力转移到周围的混凝土中。较高的混凝土应力必须通过节点上方柱脚处的箍筋来抵抗(图3.4);足够的箍筋是必不可少的。砂浆接缝处的横向拉应力必须由柱端部的钢筋来抵抗。

节点细部在制作时，应注意确保端面中的钢筋直接嵌入柱中而不占用混凝土保护层，并且钢筋的直径不超过= 12 mm。网格的外节点必须位于柱的外表面上，并且必须小心地焊接交叉点。钢筋的间距必须小于等于5 cm，剪切连杆的位置应如图3.5所示。

图3.4剪切平面内的有效收缩区域[212]

以下内容应该用于：

其中

事实上，通常不容易获得柱端面的定制钢筋网格。

此外，对于刚性连接的柱对接连接，不应超过允许的最大连接厚度2cm。事实上通常难以遵守该最大接缝厚度的约定，因为悬挂地板或地板的制造公差通常导致接缝更厚。Paschen和Zillich ^[206,207]的研究报告了DAfStb小册子316的出版物，其中允许更厚的连接厚度，因为它是基于旧版本的DIN 1045（1988）。这本小册子还区分了加强和非加强接缝。决定承载力的折减系数可根据节点厚度^[206]计算，如图3.6所示。

图3.5 柱挤压接头的节点详图^[212]

图3.6 轴心受力柱节点容许设计荷载的缩减系数与纵向加固量和砂浆接缝厚度的关系（中间值可通过线性插值获得）

图3.7 墙壁接缝处的附加横向钢筋

但是，在这样做时，减少系数不应超过0.9，这符合DIN1045-1。

这里的折减系数是配筋率和接头厚度的函数。为此所需的横向拉伸配筋应根据公认的设计方法确定。

根据DIN 1045-1，在轴力和剪力同时作用的接头中，当时，剪力可以忽略不计。

当在一侧或两侧支撑悬挂地板的墙壁接头内设计压缩接合区时，必须考虑由支撑处的地板旋转引起的横向拉应力。根据DIN 1045-1第13.7.2节，可以通过假设在接头上方和下方的墙壁的应力分析中仅使用50％的承重墙横截面来简单地处理这一问题。

但是，DIN 1045-1规定，如果在连接上方和下方的墙壁上设置横向钢筋，则可以在设计中考虑60％的承重墙横截面（图3.7）。应至少满足以下设计张力：

横向钢筋S_w在墙壁纵向轴线方向上的间距必须满足：

（取最小值）

并且在墙壁底部的纵向钢筋A_sl的直径d_s至少为6mm。

如果通过准确再现真实支撑条件的测试验证，则可以考虑横截面比例大于60％的情况^[226]。

3.1.2 DIN 1045-1中的支撑区域

DIN 1045-1第13.8.4节“支撑区域”不涉及自身的支座，而是悬挂地板和梁的承载区域的结构细节。DAfStb小册子525包含更详细的信息（仅提供德语版）。除了支撑区域的详细设计外，在设计支撑时，以下因素也很重要：

• 相邻组件中钢筋的尺寸
• 最大的支座压力
• 选择合适的支座

EC 2区分了“独立构件”和“非独立构件”。后者是诸如空心板或实心板的部件， 其在支撑件失效的情况下可以从负载的横向分布吸收承载储备，可以通过灌浆纵向接头来实现。来看另一方面的独立构件，屋顶横梁或下横梁不会受益于这种特性。

支撑件的长度（图3.8）由承座的实际长度a₁和允许量a₂和a₃组成，它们防止混凝土在支撑和支撑部件中脱落。在这种情况下，支座两侧的公差不会加在一起，而是在统计上相关联。有关进一步的信息，请参阅DAfStb小册子525。

图3.8 支撑区：

（a）立面图

（b）平面图

图3.9 支座平面外梁的水平支撑

在使用滑动支座的情况下，支撑长度a可能需要更长。同样，在梁没有水平约束的情况下（图3.9），需要加宽间隙t₁ 以允许接头产生转动。

3.1.3 符合DIN 4141标准的弹性支座

参考文献[213]中有一篇文章介绍了DIN EN 1337结构支承新标准。由于该标准的部分内容尚未公布，下面描述的许多主要关系属于技术性质，因此不依赖于该新标准，这里将继续使用DIN 4141中的设计规定。

DIN 4141-3中“结构支座”将支座分为两类。如果相邻的部件以及支座接头中只承受相应理论压力，没有其他更大的载荷，并且在支撑件超载或支撑功能失效的情况下，结构的稳定性不存在风险，那么支座符合第2类的要求。另 一方面，第1类必须通过分析验证的所有支持条件，其中支撑的失效或超载可能涉及结构稳定性的风险。

第2类适用于日常预制混凝土建筑中的大多数情况，用于悬挂楼板和梁的支座，特别是当每个负荷的比例超过75％;在许多情况下，部分施加的负荷可以被认为是准永久性的。绝缘板和未增强的弹性体片材可用作支撑垫。

在承受荷载的同时补偿相邻组件之间的运动的情况下，需采用弹性支座^[208]，即必须提供低约束支座。支座材料的弹性变形可以适应旋转和滑动（参见DIN 4141-1“结构支座”）。

弹性支座由具有高抗老化性的合成橡胶（商品名：氯丁橡胶，Bayprenreg;）组成。它们有多种形式，非增强型和强制型，并且通常受到国家技术认证的保护。

弹性支座可以处理垂直载荷，支撑处的旋转和结构移动，在考虑约束旋转和运动的同时还必须考虑相关批准文件的允许载荷。当移动很小时，薄的非增强支座是非常好的选择。较大的移动就需要较厚的支座来应对，在这种情况下没有钢筋加固，则会产生较大的横向拉力。

增强弹性体支座在硫化过程中结合耐腐蚀钢板或织物嵌体，其适应支座内的横向拉伸力，使得支撑件的相邻部分仅局部受到横向张力，而不承受支座本身的负载。

a)非增强弹性支座

用于建筑物和单层棚屋的非增强弹性支座的日益普及是由于它们的经济性和弹性具有持久性。它们可以将水平位移限制在有限的范围内，并且能在支撑处进行微小的旋转，并且还可以补偿一些局部不均匀性。

非增强弹性支座比增强型弹性支座便宜得多，并且具有不限于某些形式或类型的优点，即使是开口，例如用于销钉，也可以制造支座以适应特定目的;它们从大幅面纸张上切割成尺寸。它们也被越来越多地用于悬挂地板的支撑。非增强弹性支座主要用于静态载荷，因为在动态载荷的情况下存在蠕变的风险。

通常，弹性支座可以在-25至 50℃的温度范围内使用。并且，它们的大小、位置和接头厚度对于在火中的表现有很重要的影响。如果要满足一定的耐火等级，对于3厘米厚的接头，燃烧速率小于等于0.35mm/min时，则支座的尺寸可以取最小规格。

如果无法评估其在火灾中的表现，则可以保护未受保护的支座免受火灾影响。非增强弹性支座的设计在DIN 4141-15 ^[214]中有所规定^[223]包含其他信息。

支座尺寸应符合该标准的以下条件：

支座厚度:

支座尺寸：

其中a=支座长度（见图3.10）

如果可以保证较小的平整度公差（1.5mm），则厚度可以减小到4 mm。即使在支撑件旋转的情况下，也必须防止混凝土部件之间的直接接触，这是确定厚度背后的主要原则。

只有基于氯丁橡胶（CR）的硫化产品才可用于非强制弹性支座。考虑到相邻部件表面上可承受的局部支座压力，弹性支座可以承受平均支座压力

(52)

图3.10 梁支撑区域内钢筋的布置（根据DIN 4141-15 的例子）

其中剪切模量G = 1N / mm 2，形状因子S是

用于矩形支座，和

(53)

(54)

用于圆形支座。如果钻孔面积不超过支座面积的10％，则可以忽略钻孔，例如用于销钉。

因此，对于标准支座几何形状，这导致压缩应力 10-12N / mm2。但如果^[216] 中给出的“仅受到挤压荷载”加载的柱对接接头的具体应用条件适用，则允许压力应力高达20 N / mm²。

在类别2中，必须通过以下方式考虑由于防止弹性体的横向应变而产生的横向拉力Z：

在类别1中，在没有任何更准确的分析的情况下，经过测试可以得出结论，可以借助于[216] 中给出的信息确定横向拉伸力。抵抗横向拉力的钢筋应尽可能靠近支座。

拉伸分裂力Z_s可以根据相关出版物计算（例如， Leonhardt的Vorlesung uber Massivbau的第2部分）。由于计算仅代表粗略的简化，因此所得的钢筋不应以任何方式略去。

钢筋的布置应考虑Z_q和Z_s两者的影响。拉伸张力和横向张力所需的配筋量如下：

erf A_s1 gt; 1 . 5 · (0.8 ·Z_s)/ f_yd

erf A_s2 gt; 1.5 · (0.2 Z_s Z_g)/ f_yd

其中

在大多数情况下，底部受拉钢筋在纵向方向提供的支持，无论如何是能够满足钢筋在深度为0.2a的横向拉力。受到分裂拉力的

资料编号：[3560]