预制剪力墙结构是我国预制混凝土高层住宅中应用最为广泛的结构[1].根据墙体构造的不同,可分为预制实心剪力墙、预制叠合剪力墙、预制混凝土夹心保温剪力墙.预制叠合剪力墙是由预制板通过后浇细石混凝土叠合层连接形成整体的剪力墙.影响预制叠合剪力墙受力性能的关键是竖向连接方式.目前,双面叠合剪力墙纵筋的连接方式主要为插筋连接,搭接长度为基本锚固长度的1.2倍[2].墙体竖向拼接时仍然容易受搭接长度的影响.相比于插筋连接,螺旋箍筋约束钢筋搭接可有效降低钢筋搭接长度.刘硕等[3]针对叠合剪力墙设计了螺旋箍筋约束钢筋搭接试件,研究了1.0la(la为基本锚固长度)搭接长度、1.4%配箍率下钢筋等级HRB400和HRB500、搭接钢筋直径10 mm和14 mm的搭接性能.Jiang等[4-5]通过足尺剪力墙抗震性能试验研究,证明了采用该搭接形式的预制叠合剪力墙具有良好的抗震性能,墙体分布区和边缘构件中采用的配箍率分别1.75%和1.96%,搭接长度为1.0倍的抗震锚固长度.
目前,不同配箍率下最小搭接长度的研究主要集中在现浇混凝土构件和预制实心构件.Einea等[6]对现浇混凝土中螺旋箍筋约束钢筋搭接性能展开了拉拔试验研究.研究表明:螺旋箍筋约束可降低搭接长度,搭接长度与搭接钢筋强度线性相关,和混凝土强度成反比,并提出了箍筋配箍率7.1%时,最小搭接长度的计算公式.由于高强灌浆料与钢筋的粘结性能和钢筋与普通混凝土的不同,国内学者开展了相关的搭接性能研究.马军卫等[7]设计了144个螺旋箍筋约束钢筋搭接试件,研究了搭接长度(1.0la~1.4la)、配箍率(1.62%~4.52%)等参数对该连接方式下的钢筋破坏模式和搭接强度的影响.姜洪斌等[8-10]分析了不同搭接长度(0.29la~1.4la)、配箍率(0~9.4%)对HRB400钢筋搭接性能的影响.研究表明:配箍率从0提升到2.1%,搭接试件的峰值荷载提升了53.0%,当配箍率继续提升至9.4%,峰值荷载提升18%.江佳斐等[11]基于现有的螺旋箍筋约束浆锚搭接性能试验数据,选取钢筋屈服前发生拔出破坏的试件,回归得到了搭接钢筋与混凝土的平均粘结强度的经验公式.基于此,提出了HRB400钢筋的最小搭接长度计算公式.计算值表明:提高配箍率可显著降低最小搭接长度,以HRB400钢筋为例,配箍率从0增加到2.1%时,最小搭接长度可从30.5 d(d为钢筋直径)降低至16.0 d,当配箍率继续提升至9.4%,搭接长度可降低至10.9 d.
根据《Bond and Development of Straight Reinforcing Bars in Tension》(ACI 408R-03)规范[12],针对梁式搭接试验,给出了考虑混凝土梁抗剪箍筋作用的搭长度的计算公式.Einea等[6]发现:箍筋配箍率7.1%时,基于螺旋箍筋约束钢筋搭接试验得到的搭接长度公式计算值是ACI 408R-03计算公式计算值的67.6%~78.1%.但国内外现行的现浇混凝土结构设计规范中尚未规定该搭接形式的搭接长度设计值.螺旋箍筋约束浆锚搭接的设计要求则主要在中国地方标准中有相关的规定.北京市制定《装配式剪力墙结构设计规程》(DB11-1003-2013)[13]针对不同的钢筋直径给出了用于浆锚搭接的螺旋箍筋最小配筋率,并规定最小搭接长度为1.0la; 黑龙江省制定《预制装配式房屋混凝土剪力墙技术规程》(DB23/T 1813-2016)[14]规定螺旋箍筋约束浆锚搭接的最小搭接长度为1.0la,并规定箍筋配箍率不小于1.0%.上述规定,限于高强灌浆料抗压强度为60~80 MPa的连接形式,且尚不考虑不同配箍率与搭接长度的相关性.
目前,搭接性能的研究普遍关注拉拔强度和滑移,并未探究搭接钢筋与混凝土的粘结应力分布规律.虽然,Sagan等[15]早在1988年提出了搭接钢筋与混凝土的粘结应力分布与锚固钢筋的显著不同,呈马鞍形分布,但该分布规律尚未得到试验验证,还需开展进一步的研究.
综上所述,螺旋箍筋约束可有效降低钢筋的搭接长度,从而可简化预制混凝土结构构件的现场拼装.但仍然存在以下问题:(1)由于叠合混凝土结构与上述混凝土结构基材的不同,考虑不同配箍筋率的搭接长度设计值的依据尚不充分;(2)搭接钢筋与混凝土的粘结应力分布规律尚不清晰. 基于此,针对叠合剪力墙,设计了7个2对2搭接试件,分别研究不同螺旋箍筋配箍率对钢筋搭接性能的影响和不同配箍率、搭接长度与混凝土强度对该搭接方式下混凝土钢筋粘结应力分布规律的影响.