装配式建筑节点连接技术的可靠性实验研究

一、引言

装配式建筑以其高效、环保、工业化程度高等优势，成为建筑行业转型升级的重要方向。节点连接作为装配式建筑结构性能传递的关键环节，其可靠性直接影响结构整体安全与使用性能。当前，我国装配式建筑节点连接技术主要包括螺栓连接、灌浆套筒连接、焊接连接等形式，但不同技术在受力机理、适用场景及可靠性表现上存在差异。通过实验研究揭示节点连接的力学性能与破坏机制，是优化节点设计、保障结构安全的核心基础。本文通过系列实验，系统分析典型节点连接技术的可靠性，为工程应用提供科学依据。

二、实验设计与方法

（一）实验对象与材料

选取装配式建筑中常用的螺栓连接节点（梁柱钢框架节点）与灌浆套筒连接节点（预制混凝土剪力墙竖向连接）作为研究对象。螺栓连接采用8.8 级高强度螺栓，材质为 Q355B 钢材；灌浆套筒采用球墨铸铁套筒，内径 40mm ，配套灌浆料强度等级为 C80 。预制混凝土构件采用C35 混凝土，钢筋采用HRB400 级热轧带肋钢筋。

（二）实验设备与加载方案

1.拉伸实验：使用万能材料试验机（量程500kN），对螺栓连接节点施加轴向拉力，加载速率为 2kN/s，直至试件破坏，记录荷载-位移曲线与破坏形态。

2.剪切实验：采用剪切试验机对灌浆套筒连接节点施加水平剪力，加载速率为 1.5kN/s ，重点观测套筒与钢筋的粘结滑移性能。

3.抗震性能实验：通过振动台模拟地震荷载，对螺栓连接框架结构施加多遇地震（加速度 0.15g ）与罕遇地震（加速度 0.40g ）工况，监测结构位移响应与节点损伤发展。

三、实验结果与分析

（一）螺栓连接节点可靠性分析

1.拉伸性能：实验表明，螺栓连接节点的极限抗拉承载力达285kN，荷载-位移曲线呈现弹性阶段、弹塑性阶段与破坏阶段三阶段特征。弹性阶段（荷载≤180kN）位移增长平缓，刚度保持稳定；弹塑性阶段（180kN<荷载≤260kN）螺栓发生塑性变形，位移增速加快；当荷载达到极限值时，螺栓杆颈处断裂，破坏形态为延性破坏，表明螺栓连接具有良好的抗拉可靠性。

2.抗震性能：在罕遇地震工况下，螺栓连接框架结构层间最大位移角为1/200，节点区域未出现螺栓滑移或断裂，梁柱构件仅发生轻微塑性变形，结构整体保持稳定。分析显示，螺栓连接的抗侧移刚度与耗能能力满足抗震设计要求，节点可靠性较高。

（二）灌浆套筒连接节点可靠性分析

1.剪切性能：灌浆套筒连接节点的极限抗剪承载力为198kN，剪切位移达 3mm 时荷载达到峰值，随后进入滑移阶段，荷载缓慢下降。微观观测发现，灌浆料与钢筋表面的机械咬合力是抗剪承载力的主要来源，套筒内壁凹槽构造可有效提升粘结性能。当剪切位移超过 5mm 时，灌浆料出现裂缝但未完全失效，表明节点具有一定的延性储备。

2.抗震性能：振动台实验中，灌浆套筒连接剪力墙结构在多遇地震工况下位移响应平稳，节点区灌浆料未发现裂缝；罕遇地震工况下，墙体底部出现细微裂缝，但套筒与钢筋连接界面无滑移，结构整体抗侧移刚度退化率仅为 15% ，显示出良好的抗震可靠性。

（三）节点构造影响分析

对比不同构造形式的节点发现，螺栓连接节点的连接板厚度（ 10mm vs.8mm ）对承载力影响显著，厚度每增加 2mm ，抗拉承载力提升约 12% ；灌浆套筒连接节点的钢筋锚固长度（8d vs. 6d，d 为钢筋直径）直接影响粘结性能，锚固长度不足会导致钢筋拔出破坏，承载力下降约 20‰ 。实验结果表明，节点构造参数的精细化设计是保障连接可靠性的关键。

四、节点连接技术优化策略

（一）材料性能提升

1.螺栓材料：采用 10.9 级高强度螺栓替代 8.8 级螺栓，抗拉强度提升30% ，可满足大跨度、重荷载结构的连接需求。

2.灌浆料改良：在灌浆料中掺入 5% 硅灰与 0.3% 钢纤维，可使抗压强度提升至100MPa，抗裂性能增强，有效抑制灌浆层裂缝发展。

（二）构造设计优化

1.螺栓连接：增加节点连接板加劲肋，优化螺栓排列间距（不小于3d0，d0 为螺栓孔径），减少应力集中现象。对于承受反复荷载的节点，采用双螺母防松装置，提升连接耐久性。

2.灌浆套筒连接：套筒内壁采用锯齿状螺纹构造，增大与灌浆料的机械咬合作用；钢筋端部加工成带肋形式，增强锚固效果。对于多层装配式剪力墙，设置竖向分布钢筋间接搭接构造，均衡应力传递。

（三）施工质量控制

1.螺栓安装：严格控制螺栓预紧力，采用扭矩扳手按设计值（如8.8 级 螺栓预紧力为210kN）进行施工，确保连接刚度一致性。

2.灌浆工艺：灌浆前清理套筒内壁与钢筋表面油污，采用压力灌浆法 保证灌浆料饱满度，施工过程中留置同条件养护试块，检测灌浆料强度达 标后方可进行后续施工。

五、挑战与发展趋势

（一）现存问题

当前装配式建筑节点类型繁多，缺乏统一的构造标准与性能评价体系，导致设计选型与施工质量控制难度较大。此外，节点连接技术在规模化应用中还面临施工人员技能水平参差不齐的问题。调研显示，我国装配式建筑施工队伍中熟练掌握螺栓扭矩控制、灌浆料精准配比的技术工人占比不足 40% ，导致现场连接质量波动较大。部分项目因灌浆不饱满引发套筒内部空洞，经超声检测发现缺陷率达 15% ，严重影响结构可靠性。针对这一问题，部分企业试点“ 装配式建筑产业工人认证制度” ，通过理论培训与实操考核提升施工人员专业能力。现有研究多聚焦节点短期力学性能，而对其在环境侵蚀下的长期可靠性研究不足，影响结构全生命周期安全评估。

（二）发展方向

1.智能化监测技术：在节点区域埋设光纤光栅传感器，实时监测螺栓应力、灌浆层应变等参数，通过物联网平台实现节点状态的智能化预警。

2.新型连接技术研发：探索采用形状记忆合金连接、磁流变液阻尼连接等智能材料与构造，提升节点在地震等极端荷载下的自恢复能力与耗能性能。

3.全产业链协同创新：建立设计、生产、施工、检测一体化的产业联盟，推动节点连接技术从实验研究向工程化应用的高效转化。

六、结语

装配式建筑节点连接技术的可靠性是保障结构安全的核心要素。通过拉伸、剪切、抗震实验可知，螺栓连接与灌浆套筒连接均具有良好的力学性能与可靠性，节点构造参数与施工质量是影响连接效果的关键因素。未来需进一步完善节点标准化体系，加强长期性能研究，结合智能化监测与新型材料技术，推动装配式建筑节点连接技术向高效、安全、智能方向发展，为建筑工业化提供坚实的技术支撑。

参考文献

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