采用UHPC灌浆材料大口径全灌浆连接套筒接头的性能研究

装配式结构的薄弱环节在于连接接头,采用套筒连接时,常见问题包括多个套筒灌浆时套筒难以同时灌满、空腔以及注浆完成后的回流、灌浆料强度与收缩等灌注质量难以控制、预制构件底部预留分腔的密封性不好。为降低这些问题导致的节点连接薄弱风险,文章提出使用含有钢纤维、超细石英砂的超高性能混凝土UHPC(Ultra-high Performance Concrete)灌浆材料,通过重力式灌浆来进行钢筋与套筒的全断面连接,该方法提高施工安全性,保证浇筑质量可视化。通过57个大口径全灌浆套筒重力灌浆连接接头的单向拉伸试验,改变钢筋直径d、锚固长度l_a及灌浆料种类,研究连接方式的可行性。结果表明:试件符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355—2015)和《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107—2016)中Ⅰ级接头要求;拉伸过程中套筒始终处于弹性阶段,满足强度要求,有较高安全储备,重力式灌浆连接方式可行;由于钢纤维的桥接作用使灌浆料抗劈裂性能增强,采用含有钢纤维的UHPC灌浆料能进一步提高钢筋与灌浆料的黏结强度,减小钢筋的锚固长度。钢筋断裂破坏时临界锚固长度建议值为5.5d,较《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》要求的8d降低31.25%。     

采用UHPC灌浆材料大口径全灌浆#br# 连接套筒接头的性能研究

装配式结构的薄弱环节在于连接接头,采用套筒连接时,常见问题包括多个套筒灌浆时套筒难以同时灌满、空腔以及注浆完成后的回流、灌浆料强度与收缩等灌注质量难以控制、预制构件底部预留分腔的密封性不好。为降低这些问题导致的节点连接薄弱风险,文章提出使用含有钢纤维、超细石英砂的超高性能混凝土UHPC(Ultra high Performance Concrete)灌浆材料,通过重力式灌浆来进行钢筋与套筒的全断面连接,该方法提高施工安全性,保证浇筑质量可视化。通过57个大口径全灌浆套筒重力灌浆连接接头的单向拉伸试验,改变钢筋直径d、锚固长度la及灌浆料种类,研究连接方式的可行性。结果表明：试件符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355—2015)和《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107—2016)中Ⅰ级接头要求;拉伸过程中套筒始终处于弹性阶段,满足强度要求,有较高安全储备,重力式灌浆连接方式可行;由于钢纤维的桥接作用使灌浆料抗劈裂性能增强,采用含有钢纤维的UHPC灌浆料能进一步提高钢筋与灌浆料的黏结强度,减小钢筋的锚固长度。钢筋断裂破坏时临界锚固长度建议值为5.5d,较《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》要求的8d降低31.25%。     

套筒灌浆料的研制及应用效果评价

通过试验分析了胶砂比、偏高岭土、减水剂、膨胀剂等对套筒灌浆料的流动度、强度、膨胀率等性能的影响,确定套筒灌浆料的最优胶砂比为5∶5,掺入3.0%的偏高岭土可明显提高套筒灌浆料的后期强度,减水剂、膨胀剂用量分别为胶凝材料的0.30%、10.0%,改善套筒灌浆料的流动度及膨胀率,形成套筒灌浆料的最佳配合比,并按JGJ 355—2015对钢筋半套筒灌浆连接接头的力学性能进行测试,评价套筒灌浆料的应用效果。     

聚乙烯醇纤维水泥基灌浆套筒接头承载性能的研究

通过对6个中心拉拔试件和27个灌浆套筒接头试件的单向拉伸试验,分析聚乙烯醇(PVA)纤维、钢筋锚固长度以及有无约束对灌浆套筒接头受力性能的影响。结果表明:PVA纤维能够提高无约束状态钢筋与灌浆料的黏结强度,对套筒约束状态接头连接性能影响不明显。增加钢筋锚固长度,接头连接刚度越大,荷载滑移曲线发展越平稳。当灌浆料强度达到85～90 MPa时,锚固长度为6倍钢筋直径即可满足接头强度要求。套筒约束能够提高套筒与灌浆料和钢筋之间的黏结强度。     

新型负温套筒灌浆料性能试验研究

套筒灌浆料是装配式建筑钢筋与套筒连接的关键材料,为了满足冬季施工的要求,分别研制出操作时间较长的P-1型和强度较高的P-2型两种负温套筒灌浆料,并对其竖向膨胀率、抗折强度、抗压强度等主要性能进行了测试分析。研究表明,两种套筒灌浆料各项性能指标均符合JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》的要求。     

非正常灌浆对钢筋套筒灌浆连接接头受力性能影响的试验研究

通过14组42个钢筋套筒灌浆连接接头试件的单向拉伸试验,研究了水泥净浆替代灌浆料、混凝土净浆(试验中用水泥砂浆模拟)包裹钢筋、使用过期灌浆料、使用高水灰比灌浆料、灌浆时间滞后共5种非正常灌浆对钢筋套筒灌浆连接接头受力性能的不利影响.研究表明:水泥净浆代替灌浆料、水泥砂浆包裹钢筋厚度超过钢筋肋高、灌浆料水灰比达到正常水灰比的1.35倍及以上等异常情况下,钢筋套筒灌浆连接接头试件单向拉伸性能均不能满足《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355-2015)要求;在加载过程中,如果钢筋发生屈服,无论是接头外钢筋被拉断情况,还是钢筋未断情况,均是接头外钢筋发生屈服,接头内钢筋一般不再屈服.基于试验结果,对实际工程用灌浆料及其灌浆工艺提出了具体建议,以期提高装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆的质量.     

新型变形灌浆套筒连接接头性能试验研究

利用普通无缝钢管通过冷滚压工艺研制了一种新型钢筋连接用灌浆套筒。采用该套筒设计制作了5个接头试件并进行了单向拉伸试验,研究该灌浆套筒连接的结构性能和工作机理。研究结果表明,钢筋锚固长度取8倍钢筋直径时,试件均为钢筋断裂破坏,接头抗拉强度与钢筋抗拉强度标准值的比值fu/fbuk≥1.10,满足《钢筋机械连接技术规程》JGJ107—2010中的I级接头单向拉伸强度要求;套筒内腔结构对套筒的约束机理及应变分布有显著影响,套筒应变分布与内腔结构对应,在光滑段和变形段表现出不同的规律;套筒变形段对灌浆料的约束主要来自内壁环肋处相互挤压力的竖向分力,光滑段对灌浆料的约束取决于灌浆料劈裂变形的大小。     

钢筋套筒灌浆连接研究进展

钢筋套筒灌浆连接是当前预制混凝土结构钢筋连接的主要方式。从材料、界面、连接的角度，针对其国内外相关研究成果开展系统分析与总结。结果表明：套筒可为金属、非金属材质(如FRP),锥形套筒的连接性能优于圆柱形的，套筒长度不应短于临界长度，内径越小越有利，壁厚不应小于被连接钢筋直径的1/13,但也不宜过厚；低温、负温灌浆料适用的环境温度分别不超过-5、-10℃,耐高温灌浆料可通过掺入聚丙烯纤维进行制备；灌浆料与钢筋界面的黏结强度主要与灌浆料抗压强度的平方根相关，并受到套筒约束能力、高温作用的显著影响；钢筋套筒灌浆连接受拉失效模式包括套筒外钢筋断裂、灌浆料与钢筋界面黏结失效以及套筒与灌浆料界面黏结失效；荷载类型对钢筋套筒灌浆连接力学性能的影响较小，失效模式转变的关键温度是400℃,灌浆缺陷率不超过20%能确保连接接头的可靠性；界面、钢筋黏结长度对钢筋套筒灌浆连接力学性能的影响显著。基于此，提出全黏结长度和双界面两个概念，以控制钢筋套筒灌浆连接的承载性能与失效模式。同时，提出有待开展的研究：灌浆料的本构关系、率敏感性、热工参数等；受高温作用、侧向约束的影响，灌浆料与钢筋界面的黏结应力-滑移本构关系...     

考虑灌浆缺陷的大直径灌浆套筒黏结性能分析

针对装配式建筑实际施工过程中出现的各种灌浆缺陷情况,对带灌浆缺陷的连接钢筋直径为40 mm的新型灌浆套筒进行单向拉伸试验。在已有的黏结强度计算理论的基础上,引用Mander模型对筒壁约束下的灌浆料抗压强度进行优化,并提出不同缺陷形式下灌浆料强度的影响系数,得出黏结强度修正公式。结果表明:修正公式计算的黏结强度值更接近试验值;根据理论公式计算出大直径新型灌浆套筒端部缺陷试件的锚固长度最低要求为5.2d,内部缺陷试件的锚固长度最低要求较端部缺陷试件大1倍钢筋直径,为实际工程中新型灌浆套筒的制作和质量评估提供参考;引入了受筒壁约束下灌浆料抗压强度影响系数α,为内部或其他形式灌浆缺陷的黏结强度理论计算提供思路。     

变形灌浆套筒连接性能试验研究及有限元分析

为降低预制装配混凝土结构中的钢筋连接成本,采用低合金无缝钢管,通过冷滚压工艺制作了一种新型变形灌浆套筒。通过对9个钢筋连接接头试件进行单调轴向拉伸试验及有限元分析,研究了套筒的连接性能、工作机理及设计方法。结果表明,钢筋锚固长度取6.9~7.5倍连接钢筋直径时,该变型灌浆套筒连接接头的单向拉伸强度能够满足1.1倍钢筋抗拉强度标准值要求;套筒的内腔结构影响套筒的应变分布及约束机理,内壁环肋处的接触压力造成套筒变形段筒壁应力不均匀分布;文中所采用的有限元模型可有效地模拟套筒与灌浆料以及灌浆料与连接钢筋间的相互作用;探讨了变形灌浆套筒的设计方法,并应用该方法设计了不同直径的HRB400级钢筋连接用套筒,其钢筋连接接头满足规范JGJ 107-2010对Ⅰ级接头的强度和变形性能要求。     

组合方形灌浆套筒连接性能试验

针对套筒加工工艺、材料、成本等问题,提出了一种由标准无缝方形钢管与带肋钢筋以及螺旋箍筋通过组合拼装而成的新型组合方形灌浆套筒。利用该组合方形套筒,制作了9个7.5倍～12.5倍直径锚固长度的接头试件,通过轴拉试验对接头拉伸性能和工作机理进行研究。结果表明:所有试件均在接头外钢筋某处断裂,接头抗拉强度与连接钢筋抗拉强度标准值的比值均大于1.10,满足规程JGJ 107—2010中对Ⅰ级接头单向拉伸强度要求,当试件的锚固长度达7.5d(d为连接钢筋直径)即可满足条件; 套筒内腔中四角嵌入的焊接钢筋以及螺旋箍筋对套筒的约束机理和应变分布有重要的影响,嵌入的焊接钢筋能承担接头传过来的部分拉力,从而降低方形钢管表面的应力,同时焊接钢筋表面的横肋能有效增加套筒内壁与灌浆料之间的黏结力; 箍筋能进一步约束灌浆料从而提高接头的整体性; 套筒表面应变基本均匀分布,不会出现因套筒截面加工变形导致应变反转等现象。     

内置楔形体灌浆套筒连接接头力学性能试验研究

采用无缝钢管加工了两种低成本灌浆套筒,并制作了22个钢筋连接接头试件,试件变量因素有连接钢筋锚固长度、连接钢筋直径、套筒类别及楔形体长度,通过静力拉伸试验对其力学性能进行了探究。研究结果表明:试件发生钢筋拔出和钢筋断裂两类破坏形式,但发生拔出破坏试件的残余承载力较高;增加连接钢筋锚固长度,试件承载力提高;增大连接钢筋直径后接头黏结强度和承载力提高;所有发生钢筋断裂破坏的试件的极限承载力均略低于相同直径钢筋在材性试验中测得的极限承载力;套筒内腔构造对套筒的受力性能有一定影响;楔形体长度和斜度均对套筒接头承载力有影响;两类套筒均在钢筋较小锚固长度下满足JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》中规定的Ⅰ级接头强度要求。最后通过回归分析提出了两个方程分别用于预测两类套筒的黏结强度,预测结果与试验结果吻合良好。     

锻压式半灌浆套筒结构设计及单向拉伸性能试验

针对装配式预制构件连接部位受力特点、安装控制难点及套筒加工工艺、原材料、成本等问题,基于冷锻压和热处理工艺,设计新型锻压式半灌浆套筒,按照规范要求制作对中连接试件和偏心连接试件,通过单向拉伸试验对接头连接试件极限承载力、残余变形、最大总伸长率等力学参数以及套筒表面应变分布规律等进行研究分析。结果表明:试件破坏均为连接钢筋拉断破坏,各项参数指标均满足JGJ107—2016Ⅰ级连接接头的相关要求;试件破坏荷载-位移曲线与钢筋原材相似,包含弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和连接钢筋颈缩断裂阶段,但试件屈服台阶和强化阶段曲线均较钢筋原材长,灌浆接头可靠性更高;套筒对灌浆料具有主动约束作用,在一定程度上增加灌浆锚固段锻压凹槽数量,有助于提高套筒对灌浆料的轴向滑移约束和径向膨胀开裂约束作用。     

关于装配式建筑中钢筋套筒灌浆技术的探讨

装配式建筑中钢筋套筒灌浆连接竖向预制构件钢筋之间的主要连接方式。工艺是吊装上部构件内的预埋套筒套入下部构件纵向带肋钢筋,套筒与钢筋之间注入高强、早强、微膨胀灌浆料,当灌浆料完全达到设计强度后,灌浆料的微膨胀的特点使套筒和钢筋之间紧固连接并产生较大的正应力。由此可见钢筋套筒灌浆连接施工质量好坏直接影响整个单体结构的质量安全。文章结合人员培训管理,构件材料质量把控,施工过程控制以及质量检验几个方面来探讨钢筋套筒灌浆技术的质量控制。     

环境温度对钢筋套筒灌浆连接接头性能的影响

钢筋套筒灌浆连接的施工质量是影响预制装配整体式混凝土结构可靠度的最关键因素。为了研究环境温度以及养护龄期对钢筋套筒灌浆连接施工质量的影响,制作了90个试件进行了单调拉伸试验。研究表明,养护温度越高,灌浆套筒试件的早期极限承载力越高;当灌浆料的强度小于62.5 MPa时,灌浆料的抗压强度与灌浆套筒试件的极限承载力呈线性关系,当灌浆料强度大于62.5 MPa时,灌浆料强度对接头性能影响不大。     

解读《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》

钢筋套筒灌浆连接是一种性能可靠、施工方便的连接技术,主要适用于装配式混凝土结构。本文介绍了行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ 355-2015的适用范围、基本规定、设计要求、接头型式、检验、施工及验收。     

聚乙烯醇纤维增强水泥基套筒灌浆料的性能研究

普通水泥基套筒灌浆材料虽强度较高,但脆性大,在拉伸过程中易产生爆裂。为提高钢筋灌浆料的韧性,制备了新型聚乙烯醇纤维增强水泥基套筒灌浆料。试验研究了聚乙烯醇纤维掺量对灌浆料流动度、抗压强度、抗折强度以及压折比的影响,并配套不锈钢钢筋灌浆连接短套筒进行拉伸试验。结果表明:随着聚乙烯醇纤维掺量的增加,灌浆料的流动度下降,抗压强度变化不明显,抗折强度增大,压折比降低,韧性增大;适量的聚乙烯醇纤维可提高灌浆套筒的锚固性能。     

套筒灌浆连接受拉性能回顾与分析

首先通过文献收集与整理,总结了国内外对于套筒灌浆连接的基本要求。基于已有试验研究成果,提出普通套筒灌浆连接受拉的失效模式。基于黏结失效机理,再提出基于钢筋与灌浆料黏结的普通套筒灌浆连接受拉承载力计算表达式,通过17个文献试验数据的拟合分析与16个其他试验数据的验证分析,证明所提表达式的准确性。此外,还建立了套筒与灌浆料的摩擦力计算表达式,并指出摩擦力是灌浆料与套筒共同工作的关键因素。最后建议普通套筒灌浆连接受拉承载力取经过试验数据校正后的三个表达式计算结果的最小值,此外套筒与灌浆料之间的摩擦系数不低于0.59的要求还需要更多的研究进行验证。     

低水敏性套筒灌浆料试验研究

制备了用水量11.5%～13.0%时均满足使用要求的套筒灌浆料。通过正交试验研究了粉煤灰、硅灰、沉珠对套筒灌浆料流动度及早期强度的影响，并确定各材料最佳用量；通过单因素及复掺试验研究了木质纤维和低黏度纤维素醚对套筒灌浆料流动度、强度及水敏性的影响，并确定二者最佳掺量。结果表明，低水敏性套筒灌浆料配比为：P·Ⅰ52.5水泥410 g、粉煤灰10 g、硅灰30 g、沉珠30 g、石膏20 g、40～80目石英砂200 g、80～120目石英砂300 g、消泡剂0.3 g、塑性膨胀剂0.15 g、PC-G2 g、木质纤维0.1 g、MHPC0.005 g，在用水量较低（11.5%）时略低于JG/T 408—2019《钢筋连接用套筒灌浆料》要求，但满足施工要求，用水量较高（13.0%）时流动度及强度均符合JG/T 408—2019要求。工程应用表明，该套筒灌浆料流动性好，不同用水量均满足施工所需，强度符合JG/T408—2019要求。     

装配式建筑套筒灌浆料强度及影响因素

为了研究装配式混凝土结构中钢筋套筒连接灌浆料的抗压强度及其影响因素,设计制作了402个灌浆料试件进行抗压强度试验,研究试件形状、尺寸和水料比(水的质量mW与材料质量mM之比)对其抗压强度的影响,以及不同龄期和不同强度条件下高径比为1∶1的18圆柱体试件与标准试件抗压强度的关系.结果表明：灌浆料试件的形状对其抗压强度的影响比较明显,而尺寸的影响不显著;灌浆料试件的抗压强度随水料比的增加而逐渐降低;不同水料比下18圆柱体试件抗压强度测试值与标准试件抗压强度测试值均基本服从正态分布.在试验基础上,建立了高径比为1∶1的18圆柱体试件的抗压强度与标准试件抗压强度的换算公式,可为工程中钢筋套筒连接灌浆料实体强度检测提供理论依据.