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%。     

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。     

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.     

基于超高强灌浆料的高强钢筋套筒灌浆连接力学性能试验研究

套筒灌浆连接是装配式混凝土结构钢筋连接的主要方式,且采用500MPa级高强钢筋可有效提高连接及构件的承载力和经济性等。本文设计12个考虑锚固长度、灌浆料强度和钢筋强度等参数的接头试件,并进行单向拉伸试验研究,得到连接的破坏模式、应变分布和工作机理等。结果表明：接头主要发生钢筋颈缩破坏,荷载-位移曲线包括线性增长阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩破坏阶段;采用120MPa级超高强灌浆料的试件接头均满足残余变形要求,钢筋、套筒轴向、套筒环向应变和套筒中部约束作用随钢筋锚固长度的增大而减小,套筒和钢筋受力更为均匀。对采用85MPa和120MPa级灌浆料的500MPa级高强钢筋套筒灌浆连接,锚固长度建议值分别为10d和8d。最后,基于理论分析可明确高强钢筋套筒灌浆连接中套筒与灌浆料的粘结力、钢筋与灌浆料的粘结力和钢筋受拉承载力,并得到连接的破坏模式。     

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。     

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。     

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。     

灌浆接头单向拉伸性能的研究分析

研究了灌浆料和钢筋之间的黏结强度与灌浆料抗压强度的关系,分析了利用新型工艺制造的套筒是否满足JGJ 355—2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》的要求,并通过既有168个钢筋拔出试验数据验证了黏结强度与灌浆料抗压强度之间的线性关系。结果表明:黏结强度与灌浆料抗压强度存在强相关性;利用滚压、挤压、铸造和切削工艺制得的套筒均满足JGJ 355—2015对于连接件破坏的要求。     

灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头强度影响的试验研究

钢筋套筒灌浆连接是装配整体式混凝土结构的核心,对结构整体性能至关重要。针对适应14,20,25mm三种直径的钢筋套筒灌浆连接接头GTZQ4-14,GTZQ4-20,GTZQ4-25,通过在套筒内下段钢筋锚固段底部设置灌浆缺陷,研究了不同大小的缺陷对接头对中单向拉伸强度的影响。研究结果表明,对于常用型号灌浆套筒,当套筒端头灌浆缺陷长度不超过套筒内一侧钢筋锚固长度(8d)的30%时,其接头的对中单向拉伸强度仍能符合要求。研究结果可为套筒灌浆质量检测评估和后续整治提供依据。     

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。     

预制混凝土结构波纹管浆锚钢筋锚固性能试验研究

为研究预制混凝土结构的钢筋连接方法,设计制作了9组162个预制混凝土波纹管浆锚钢筋锚固拉拔试件,考虑了钢筋直径、混凝土强度和锚固长度等主要影响参数。连续加载拉拔试验结果表明:(1)所有试件均为钢筋母材拉断破坏,说明钢筋与灌浆料、灌浆料与波纹管、波纹管与混凝土的连接均可靠;(2)采用按现行规范计算的锚固长度的60%设置浆锚钢筋的锚固长度,仍可满足受力要求,保证浆锚钢筋充分发挥其强度。根据试验数据结果,波纹管浆锚钢筋的基本锚固长度确定为0.6l_a。     

套筒式钢筋连接技术在预制桥墩中的试验研究

钢筋连接技术在装配式混凝土结构中是关键施工技术之一,一般采用灌浆套筒进行钢筋连接。近几年来,在国内的房屋建筑预制构件中灌浆套筒得到越来越多的应用,而在桥梁中应用研究的时间较短。本文介绍灌浆套筒式钢筋连接技术在预制桥墩中的试验研究情况,主要从研究背景、连接构造与材料性能、粘结应力研究、型式试验、预制拼装立柱抗震试验等方面,对该项新技术进行较全面介绍。     

钢筋插入式预埋波纹管浆锚连接的锚固性能试验研究

为研究预制混凝土结构构件拼装、连接的可靠性,提出一种钢筋插入式预埋波纹管浆锚连接的连接方式。考虑钢筋直径、波纹管外径、锚固长度等参数影响,做了16组共48个施加连续荷载的抗拔试验。试验结果表明:试件最终破坏形式有黏结滑移破坏、钢筋受拉屈服或被拉断两类,没有发生非制作原因引起的黏结滑移破坏,说明此种连接方式锚固性能可靠,且施工操作简单,成型效率高,可应用于预制混凝土结构的拼装、连接。建议插入式预埋波纹管浆锚连接法的钢筋锚固长度宜为15倍的钢筋直径;波纹管外径宜为2倍的钢筋直径。     

钢筋套筒灌浆连接件的力学性能

对20个套筒灌浆连接件进行单轴拉伸试验,研究了套筒种类、锚固长度和钢筋直径对套筒筒壁应变的影响。采用ANSYS Workbench有限元软件,以钢制套筒连接件为原型进行建模分析,对比了试验和有限元模拟得到的钢筋应力-筒壁应变曲线。采用相同的建模方法建立了2种规格的钢制套筒连接件模型,通过模拟试件的单轴受拉试验研究了净距改变对套筒筒壁应变的影响。结果表明:钢筋直径和锚固长度相同的钢制套筒与铸铁套筒对比,其筒壁应变在相同钢筋应力水平下较小; 当套筒材质、钢筋直径相同时,连接锚固越长的试件具有越小的筒壁应变值; 以连接钢筋直径作为变量时,连接钢筋越粗的试件其筒壁应变值越大; 模拟的曲线可以反映出试件的破坏过程,可以较好地表现出筒壁测点的应变实际发展,证明有限元方法能够有效模拟套筒灌浆连接件单向拉伸状态下的受力状态; 在相同拉力水平下,净距大的连接件筒壁部分的筒壁应变较小。     

钢管灌浆套筒连接轴向受压性能试验研究

为研究钢管灌浆套筒连接轴向受压性能,设计了27个轴向受压试件,并进行静载试验,考虑了灌浆料强度和连接长度两个变化参数。通过试验得到了试件的荷载-位移曲线、钢管和套筒的应变分布,对试件的破坏过程、钢管和套筒的轴向应力、黏结应力分布规律进行了分析。研究结果表明：钢管灌浆套筒连接的荷载-位移全曲线可简化为4段式的折线本构模型;随着连接长度和灌浆料强度的增大,试件极限荷载提高;连接段内的轴向应力、黏结应力和径向应力随着荷载的增大而增大,当与钢管上抗剪键接触的灌浆料局部压碎后,连接段内部应力发生重分布,钢管上的轴向应力不再增大,钢管和套筒上的径向应力突增,接触面黏结应力分布极不均匀。提出了钢管灌浆套筒连接承载力计算公式,并将国内外相关文献中的试验结果与公式的计算结果进行对比,计算值偏于安全。     

基于压电阻抗效应的套筒灌浆饱满度识别与应用

钢筋套筒灌浆连接是装配式混凝土结构中纵向钢筋连接的重要形式,套筒灌浆饱满是保障钢筋有效锚固和应力有效传递的前提。但套筒灌浆属于隐蔽施工工艺,对灌浆是否饱满进行判断颇具难度。文章进行压电阻抗识别套筒灌浆饱满度的试验,研究灌浆料饱满程度及压电片布置位置对压电片电导信号的影响,得到沿套筒高度不同位置处压电片电导信号 频率关系曲线,根据电导信号频谱曲线变化和曲线均方根偏差统计指标RMSD判断套筒灌浆饱满程度。研究结果表明：布置在套筒连接区域上部的压电片测得的电导信号稳定可靠,可以通过该位置处电导信号频谱曲线波峰处谐振频率变化和均方根偏差指标RMSD的变化有效识别套筒内部灌浆饱满度。同时提出工程中基于压电阻抗效应的套筒灌浆饱满度识别和等级评定方法,利用该方法对装配式混凝土框架柱和剪力墙中套筒灌浆饱满度进行识别应用,获得了良好效果。     

全预制装配整体式剪力墙住宅结构设计及应用

全预制钢筋混凝土装配整体式结构(NPC)技术体系竖向构件剪力墙、柱采用预制,水平构件梁、板采用叠合形式;竖向构件节点采用浆锚连接,水平构件与竖向构件节点采用预留钢筋叠合现浇连接,形成整体结构体系.以南通市海门中南世纪城33号楼为试点工程,介绍该体系原理、技术特点及具体的连接节点施工工艺.指出剪力墙与板及剪力墙层间形成刚性连接节点;剪力墙与梁及梁与板采用预制梁槽、叠合现浇的形式;剪力墙水平连接及梁连接分为多种节点形式.     

植筋参数对UHPC-石材界面抗剪性能的影响研究

在桥梁结构的加固工程中，植筋是最常用的界面连接增强措施。为明晰UHPC加固石砌结构植筋界面的力学性能，通过30个UHPC-石材组合试件推出试验，研究不同界面植筋率、植筋深度和植筋间距对UHPC-石材界面抗剪性能的影响，分析不同植筋参数下组合试件的裂缝开展及分布情况和荷载 滑移曲线特征。结果表明：①未植筋UHPC-石材组合试件的破坏模式均为脆性破坏，而植筋试件则主要表现为以界面滑移和石材局部劈裂为主要特征的延性破坏模式，石材表面裂缝形态均呈现“八”字形的斜向裂缝；②当植筋率小于0.29%时，组合试件的界面抗剪强度和延性随植筋率的增大而逐级提升，植筋率为0.09%、0.19%和0.29%的抗剪强度分别是未植筋组合试件的1.54倍、1.98倍和2.66倍；当植筋率继续增大时，UHPC-石材界面强度却出现降低的趋势；③植筋深度和植筋间距对组合试件界面抗剪强度影响较小，而对UHPC-石材界面延性影响较大；④基于试验结果和有限元分析，建议UHPC加固石砌体结构中带肋钢筋的最大锚固长度为10d(d为钢筋公称直径)，植筋间距取50～100mm较为合理；考虑安全和经济等因素，建议UHPC与石材的界面最优植筋率为0.29%，而UHPC加固层厚度以50mm为宜。