1、第 39 卷第 1 期2023 年2 月结构工程师Structural EngineersVol.39，No.1Feb.2023螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙承载力计算方法吴水根1，2 张海鹏2 潘钻峰2，*顾征宇3（1.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092；2.同济大学土木工程学院，上海 200092；3.上海烟草集团有限责任公司，上海 200082）摘 要 近年来，随着国家大力推动建筑工业化的发展，预制装配式剪力墙结构得到了广泛的应用。为了减少现场施工过程中的湿作业，在保证预制混凝土剪力墙接缝连接质量可控的基础上，提出了一种新型螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙。在剪力墙
2、构件受力核心区域（边缘构件）处的连接设计上采用“等强度替换”原则，即边缘构件处连接螺栓抗拉强度大于对应连接钢筋的抗拉强度。随后，结合国家相关现行规范，对螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙承载力进行了计算，并与有限元模拟结果进行了对比验证。结果表明：正截面承载力计算值与有限元模拟结果基本吻合；通过对比剪力墙斜截面抗剪承载力计算值与有限元模拟值发现，对小剪跨比的剪力墙来说，其最大水平推力模拟值大于其抗剪承载力，剪力墙的破坏模式为剪切破坏，并与混凝土损伤云图进行了对比验证；水平接缝处抗剪承载力的计算结果表明螺栓连接剪力墙结合面在水平方向具有很大的安全储备，构件在加载过程中不会出现水平方向的相对剪切滑移。
3、关键词 预制装配式，混凝土剪力墙，螺栓连接，有限元，承载力Bearing Capacity Calculation of Bolt Connected Precast Concrete Shear WallWU Shuigen1，2 ZHANG Haipeng2 PAN Zuanfeng2，*GU Zhengyu3（1.Tongji Architectural Design（Group）Co.，LTD.，Shanghai 200092，China；2.School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；3.Sh
4、anghai Tobacco Group Co.LTD.，Shanghai 200082，China）Abstract In recent years，with the development of building industrialization，precast concrete shear wall has been widely used.To reduce the wet operation in the construction process and ensure the connection joint quality of precast concrete shear wa
5、lls，a new bolted connection method for the precast concrete shear wall is proposed.In the core area of the shear wall，edge component，the design of the bolt number is based on the principle of equal strength replacement，the tensile strength of the bolt is much higher than the original steel bars.Then
6、，according to the current national concrete design code，the bearing capacity of the bolt connected shear wall is calculated and compared with the finite element simulation results.It shows that The calculated value of normal section bearing capacity is consistent with the finite element simulation r
7、esults；Through the calculation of shear capacity，it is concluded that the shear failure occurs in the wall with a low shear span 收稿日期：2022-04-07基金项目：国家自然科学基金项目（52078368）作者简介：吴水根（1965-），男，教授级高级工程师，浙江湖州人，一级注册结构工程师，主要从事装配式混凝土结构的研究。E-mail：*联系作者：潘钻峰（1981-），男，教授，江苏扬州人，主要从事装配式混凝土结构和预应力混凝土结构的研究。E-mail：DOI:1
8、0.15935/ki.jggcs.2023.01.002 结构分析 结构工程师第 39 卷 第 1 期ratio，which is compared with the damage cloud chart of concrete.The calculation of the shear capacity of the horizontal joint shows that the bolt connection has a great safety reserve in the horizontal direction，and there is no horizontal slip in th
9、e loading process.Keywords precast，concrete shear wall，bolted connection，finite element，bearing capacity0 引 言 预制装配式结构符合节能、减排的国家战略，是未来建筑业发展方向之一1。其中，装配式剪力墙结构由于其良好的抗震性能得到广泛的应用。目前，在国家政策的支持下，装配式剪力墙结构有了大量深入的研究以及较为广泛的应用2，但是，对于装配式剪力墙水平接缝处的连接，主要采用湿式连接方式（如灌浆套筒连接、预留孔道浆锚搭接）或采用预制-现浇结合的方式进行3-5，结构中关键部位的连接仍然为现浇，此种类
10、型连接方式施工工艺复杂，施工质量难以控制。相较而言，螺栓连接作为一种干式连接方法，其操作简易，性能稳定，在环境保护、节约资源以及提高社会生产率等方面具有较大的优势。现阶段，国内外已有学者提出了多种装配式剪力墙螺栓连接构造。Soudki等6提出了一种方钢管螺栓连接预制混凝土剪力墙，Bora等7提出了一种剪力墙墙体和底部基础之间的开槽螺栓连接方式，孙健8提出了一种外包H型钢螺栓连接方式等。以上研究均表明，设计合理的螺栓连接装配式剪力墙在承载能力上能够达到“等同现浇”的设计要求。但上述学者所设计的剪力墙螺栓连接方式较为复杂，无法起到提高现场施工效率并进行有效推广的作用。1 螺栓连接预制装配式混凝土剪
11、力墙构造 本文在已有普通混凝土剪力墙配筋的基础上，按照承载力满足“等同现浇”要求的基础上进行了螺栓连接装配式剪力墙的配筋设计。详细构造及配筋如图1所示。其中，边缘构件采用6根直径12 mm的HRB335钢筋，剪力墙内分布钢筋采用直径为10 mm的HRB335钢筋。在螺栓的选取上，采用等强度替换的原则，重点考虑剪力墙边缘构件的抗拉强度，采用了M24承压型高强螺栓以满足剪力墙整体性能要求。边缘构件处相应钢筋屈服强度设计值为360 MPa，而混凝土剪力墙边缘构件的抗拉能力主要由钢筋提供，故其边缘构件钢筋所能提供的抗拉强度为Ft=fyAs=63606210-3 kN=244.3kN（1）边缘构件处的连
12、接螺栓的抗拉强度需大于普通钢筋混凝土剪力墙边缘构件钢筋所提供的抗拉强度值。本文选用10.9级的M24高强螺栓（抗拉强 度 设 计 值 为 500 MPa，螺 栓 有 效 面 积 为353 mm2），边缘构件处的螺栓数量为2个。其所能提供的抗拉强度为 Ft=fybAe=250035310-3kN=353 kN244.3 kN（2）所设计的各个构件参数如表1所示。2 承载力计算方法 2.1正截面受弯承载力计算对螺栓连接装配式混凝土剪力墙来说，其应图1主要构件配筋图及构造图Fig.1Reinforcing diagram and structural diagram of main componen
13、ts9Structural Engineers Vol.39，No.1 Structural Analysis该满足“强连接弱构件”的要求，端部螺栓的抗拉承载能力大于钢筋的抗拉承载能力。故在计算正截面承载力时所选取的截面为普通混凝土剪力墙截面，其计算方法同普通混凝土剪力墙，可参考高层混凝土结构技术规程（JGJ 32010）9中的计算方法。按以下公式计算：NAsf y-Ass-Nsw+Nc（3）Ne0+N()hw0-hw2Asf y(hw0-as)-Msw+Mc （4）Nc=1fcbwx（5）Mc=1fcbwx()hw0-x2（6）当受压区高度满足xbhw0，即大偏心受压时：s=fy（7）Nsw
14、=(hw0-1.5x)bwfyww（8）Msw=12(hw0-1.5x)2bwfyww（9）当受压区高度满足xbhw0，即小偏心受压时：s=fyb-0.8()xhw0-1（10）Nsw=0（11）Msw=0（12）b=11+fycuEs（13）式中：e0为偏心距；M、N 分别为弯矩和轴力设计值；fy、f y分别为剪力墙端部受拉、受压区钢筋强度设计值；fyw为剪力墙墙体竖向分布钢筋强度设计值；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；hw0为剪力墙截面有效高度；w为剪力墙竖向分布钢筋配筋率；1为受压区混凝土矩形应力图的应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，强度等级不超过C50时取1.0；cu为混凝土极限压
15、应变；其他参数取值按照 GB 500102010 混凝土结构设计规范10取用。2.2斜截面抗剪承载力计算螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙斜截面抗剪承载力计算公式也与普通混凝土剪力墙相似。由 高层混凝土结构技术规程9第7.2.10条规定地震设计情况下，偏心受压剪力墙的斜截面抗剪承载力V应符合下列规定：V1RE|1-0.5(0.4ftbh0+0.1N)+0.8fyhAshsh0（14）式中：N 为剪力墙截面轴向压力设计值，N0.2fcbh0时，应取 0.2fcbh0；为计算截面的剪跨比，小于1.5时取1.5，大于2.2时取2.2；s为剪力墙水平分布钢筋间距。2.3水平接缝处抗剪承载力计算2.3.1水
16、平接缝处抗剪承载力影响因素分析1）结合面处摩擦抗剪在现浇混凝土结构中，新旧两部分混凝土结合面是结构中需要重点考虑的部位，尤其需要控制其裂缝的出现。结合面处的粘结性能直接影响到结构整体的受力性能。而结合面处粘结性能主要受到混凝土强度等级、混凝土骨料大小、新旧混凝土接触面粗糙程度以及上部结构传递的轴向压力大小的影响。而对螺栓连接预制装配式混凝土剪力墙来说，其水平接缝处的结合面为钢板与钢板之间的结合，在上下两块钢板未产生相对滑动前其结合面的摩擦提供主要抗剪。而此时摩擦力的大小由剪力墙的轴压力和螺栓施加的预紧力共同提供。2）穿过结合面的螺栓销栓抗剪在本文中水平接缝处的连接螺栓还起着销栓的作用。在加载过程中，结构在水平推力下所产生的接缝处水平剪力由结合面摩擦力和螺栓承担。当水平接缝钢板结合面摩擦力失效，产生相对滑动的时候，连接螺栓就开始承担抵抗外部剪力的作用。此时的边缘构件外侧的螺栓同时承受拉力和剪力。2.3.2计算公式根据 装配式混凝土结构技术规程（JGJ 12014）11第8.3.7条规定，考虑地震作用的影响，预表1 新型螺栓连接剪力墙主要参数及分组Table 1Main parameter
