约束浆锚搭接连接高温性能试验研究

为了研究钢筋约束浆锚搭接连接在高温下的性能，采用恒温加载方式，对36个插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接试件进行了高温下的单向拉伸试验。钢筋直径分别为12mm和14mm，试验温度依次为常温、200、300、400、500、600 ℃等。分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线及荷载随温度的变化规律。结果表明：常温下，搭接长度取为1.0倍基本锚固长度的约束浆锚搭接连接试件，钢筋拉断于连接外部，连接性能可靠；随着温度升高，由于材料性能劣化，连接件的承载力逐渐下降；相同温度下，钢筋直径较大时连接件承载力下降幅度越小；从常温至300 ℃时，钢筋断于试件外部;400~600 ℃时，钢筋断于试件内部；试件破坏形态均为钢筋拉断，属于延性破坏。     

加载方式和锚固长度对钢筋套筒灌浆连接性能影响试验研究

考虑三种加载方式(重复拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压)与锚固长度(6.5d、7d、8d)对接头连接性能的影响,对40个试件进行拉伸试验,研究其破坏形态、力-位移关系曲线、应变分布等,分析该连接试件的约束机理与灌浆料裂缝开展过程,确定其光滑段与变形段的应力分布及钢筋临界锚固长度。结果表明:试件破坏模式包括钢筋拉断和螺纹端钢筋拔出破坏;循环荷载作用下,接头刚度退化严重;随钢筋锚固长度减小,试件耗能能力减小。套筒表面纵向与环向峰值应变位置和光滑段与变形段的黏结应力分布受钢筋锚固长度影响显著。钢筋直径为12 mm和20 mm的试件临界锚固长度分别为5.42和5.48倍钢筋直径。     

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。     

T型开孔波折板连接件抗剪承载力有限元分析

采用ABAQUS建立有限元模型,分析了T型开孔波折板连接件的抗剪性能。研究了连接件构件的荷载-滑移特性、不同构造参数对抗剪承载力的影响,以及贯穿钢筋的应变、T型开孔波折板连接件的应力随荷载的变化规律。结果表明:T型开孔波折板连接件的荷载-滑移曲线基本可分成弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段;T型开孔波折板连接件焊接边的应力大于自由边,T型开孔波折板连接件的贯穿钢筋下侧拉应变随钢筋直径减小而增加;与开孔波折板连接件相比,T型开孔波折板连接件的受剪承载力提高了27%;提高混凝土强度等级、配置贯穿钢筋以及增加其直径和连接件的高度,可提高T型开孔波折板连接件的抗剪承载力。     

PBL连接件在长期荷载作用下的试验研究

为了研究PBL连接件在长期荷载作用下的受力性能,对6个PBL连接件试件进行了6个月的长期加载试验及极限承载力破坏试验,考虑的影响参数为钢板开孔直径、厚度和孔洞个数。试验考察了试件变形发展过程及破坏形态,得到了试件荷载-滑移曲线以及荷载-横向贯通钢筋应变曲线,并建立了钢梁与混凝土板相对滑移、横向贯通钢筋和孔洞周边应力与加载时间关系曲线;最后,在试验的基础上,对比总结了长期荷载和短期荷载作用对PBL连接件力学性能的影响。研究结果表明:增加开孔钢板直径、厚度和孔洞个数可以有效提高PBL连接件抗剪刚度,减小其相对滑移;与短期荷载作用下的试验结果相比,长期荷载作用下PBL连接件试件的抗剪刚度下降了16%~30%,但其破坏形态、荷载-横向贯通钢筋应变曲线、荷载-滑移曲线变化特点基本相同,且其极限抗剪承载力无显著差异。     

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。     

开孔板连接件受剪性能试验研究

开孔板连接件是钢-混凝土组合梁中常用的一种抗剪连接件。通过21个开孔板连接件试件在单调静力荷载作用下的推出试验,研究了开孔板的开孔直径、混凝土强度等级、孔中横向贯通钢筋的直径和数量等对开孔板连接件的破坏形态、荷载-滑移特性和受剪承载力等的影响。研究表明:开孔板连接件的荷载-滑移曲线(P-S曲线)大致可分为弹性阶段、塑性发展阶段和下降段;提高混凝土强度等级、增大开孔直径可提高开孔板连接件的受剪承载力,横向贯通钢筋直径由16mm增大至20mm时,试件的受剪承载力提高了21.8%,配置横向贯通钢筋2 16的试件受剪承载力比相应的未配置横向贯通钢筋的试件高19.1%;随着混凝土强度等级的提高,试件抗剪刚度增大,而开孔直径及横向贯通钢筋直径则对抗剪刚度无明显影响。最后,基于试验结果提出了开孔板连接件受剪承载力的计算方法。研究成果可为编制《钢-混凝土组合桥梁设计规范》提供依据和参考。     

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。     

钢筋-UHPC灌浆波纹管锚固性能试验研究

为研究钢筋-UHPC灌浆波纹管的锚固性能，考虑波纹管直径D、钢筋锚固长度la、波纹管材料3个因素，设计了3组共12个钢筋-UHPC灌浆波纹管试件，进行拉拔试验。试验所有试件均发生了钢筋拉断破坏，分析破坏形态、荷载-位移曲线、应变等数据，结论如下直径D为80mm的金属波纹管锚固性能最佳；当钢筋在UHPC灌浆波纹管中锚固长度la≥10d时，锚固可靠；金属波纹管比塑料波纹管锚固性能更好，推荐在UHPC灌浆波纹管节点连接中应用。     

铝合金板件环槽铆钉搭接连接受剪性能试验研究

针对工程中常用的铝合金板件环槽铆钉搭接连接,进行了受剪性能的静力试验。通过拉伸试验测得铝板用6061-T6铝材和铆钉用304HC不锈钢材的物理参数,测定了环槽铆钉的预紧力。试验中获得了12个单铆钉搭接连接试件的荷载-位移曲线和极限荷载,分析了其破坏模式及铆钉孔径、端距、边距等参数的影响。结果表明：试件的破坏形式有环槽铆钉剪切破坏、板件顶端纵向撕裂破坏与侧边横向撕裂破坏3种,控制铆钉孔端、边距尺寸能避免后两种破坏;环槽铆钉预紧力在板件间产生的摩擦力有限,因此该搭接连接应属于承压型连接;铆钉与孔壁间的间隙最终会因板件间的相对滑移而致密,故过大的铆钉孔径将造成大的残余变形,但对承载力的影响有限;剪力作用下节点的荷载-位移曲线早期有较明显弹性段,可取其弹性段的末端荷载值作为受剪承载力设计值,极限荷载和该承载力设计值的比值约为2.3。     

钢筋套筒灌浆连接件受力性能试验研究

钢筋连接技术是影响预制装配式结构发展的重要因素之一。通过对26个套筒灌浆连接件的拉拔试验,研究其破坏过程和破坏形态,分析套筒材料、钢筋直径和锚固长度对筒壁应变的影响。研究表明:套筒灌浆连接件屈服台阶比钢筋的长,屈服强度和极限强度与钢筋没有明显差别,当钢筋应力相同时,钢制套筒筒壁应变值要比铸铁套筒的小。钢筋锚固长度增加,筒壁应变减小;钢筋直径增大,筒壁应变增大。     

钢-混凝土组合梁开孔波折板连接件受剪性能试验研究

通过12组不同参数的开孔波折板连接件试件进行单调加载受剪试验,研究了不同构造参数的连接件试件的破坏形态、荷载-滑移特性、构造参数对受剪承载力的影响,以及贯穿钢筋的应变、开孔波折板的von Mises应力随荷载的变化规律。研究结果表明：开孔波折板连接件的荷载-滑移曲线基本可分为无滑移阶段、弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;波高和混凝土强度对连接件的承载能力、抗剪刚度、滑移特性等影响显著;开孔波折板焊接边的von Mises应力大于自由边,折板段的von Mises应力大于平板段,开孔周边板的von Mises应力随荷载增加而增加;结构参数相同的试件,贯穿钢筋直径越小,其承担的剪力越大,连接件波高越大,贯穿钢筋承担剪力越小;与开孔板连接件相比,无贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了300%,设置贯穿钢筋的开孔波折板连接件的受剪承载力提高了约200%。     

装配式混凝土槽式灌浆连接抗拉性能试验研究

针对当前装配整体式混凝土结构预制构件之间连接构造复杂、施工精度要求高等问题,提出了一种由预埋C型钢卡槽、带锚头的连接钢筋以及后灌高强砂浆组成装配式混凝土槽式灌浆连接技术。该新型连接利用C型钢卡槽对灌浆料的三向围压,大幅提高带有锚头的连接钢筋的连接性能;对于梁柱节点可将连接区域置于梁柱核心区外的梁端位置,避免了核心区钢筋密集、混凝土浇筑困难等问题;C型钢卡槽内较大空间可有效降低现场安装精度要求,提高施工效率。在此基础上,开展了新型连接节点抗拉性能试验。试验结果表明:由C型灌浆钢卡槽和带锚头的连接钢筋组成的锚固构造性能可靠,试件均为连接区外钢筋被拉断,试件抗拉承载力远大于C型钢卡槽和连接钢筋锚头之间所填灌砂浆的抗压设计值,砂浆三向受压未出现压溃破坏,始终保持良好的传力性能。     

弯剪受力下化学植筋式群锚连接试验研究

通过五个化学植筋式型钢-混凝土后锚固连接节点的弯剪受力试验,研究了该类连接节点的极限承载力、破坏形态和内力分布等问题。试验结果表明该类节点均表现为钢筋破坏,破坏前兆明显,即受拉侧锚板被拉离基材表面。仅钢筋周围混凝土发生小锥体损坏,其它位置无明显开裂。弯矩对连接承载力起控制作用,植筋埋深15d以上时可以保证钢筋充分发挥强度,增加植筋数量对提高后锚固连接件承载力效果显著,内力沿钢筋长度的分布在屈服前基本为线性变化,破坏时前半段钢筋可达到屈服,而钢筋末端的应变很小。     

套筒约束浆锚搭接新型接头及其在预制剪力墙试验中应用

提出了一种拥有自主知识产权的Ⅰ型、Ⅲ型套筒约束浆锚搭接新型接头。进行了以钢筋直径和搭接长度为变化参数的63个Ⅰ型接头和63个Ⅲ型接头的单向拉伸试验,研究了接头的破坏形态、承载力及荷载-位移曲线。进行了一片现浇剪力墙及纵筋采用Ⅰ型、Ⅲ型套筒约束浆锚搭接的两片预制剪力墙的拟静力试验,对比分析了现浇与预制剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及承载力。试验结果表明:Ⅰ型套筒接头的搭接长度为钢筋直径的12.5倍,钢筋直径小于20 mm的Ⅲ型接头的搭接长度为20倍的钢筋直径;预制墙的开裂水平力大于现浇墙,耗能能力比现浇墙好。套筒约束浆锚搭接接头可用于预制混凝土结构的钢筋连接。     

装配式剪力墙浆锚连接的受力性能试验研究

为研究装配式剪力墙竖向浆锚连接的钢筋锚固性能及结合面受剪性能,以插筋配筋率为参数进行了3组搭接试验和2组抗剪试验,确定了其竖向插筋的搭接长度,得到了抗剪试件结合面的承载力、破坏模式和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明：选取的钢筋搭接长度能够满足承载力要求;同一试件中,结合面1（后浇混凝土与抗剪键相连的界面）先于结合面2（后浇混凝土与凹槽连接的界面）破坏;插筋配筋率对结合面开裂荷载影响较小,但对受剪承载力影响较大;抗剪试件破坏时凹槽附近易发生混凝土脱落,建议剪力墙受拉钢筋直径尽量大于8 mm。采用ABAQUS软件对抗剪试验进行了有限元模拟,并分析了后浇混凝土强度、后浇带宽度和凹槽长度等参数对结合面受剪承载力的影响。分析结果表明：提高后浇混凝土强度可使结合面受剪承载力提高;在满足锚固需求条件下,增加后浇带宽度可提高墙体的受剪承载力,减少凹槽长度对墙体受剪承载力影响较小。     

钢筋锈蚀槽板试验研究

根据对 3块钢筋锈蚀槽板的荷载试验结果 ,探讨了钢筋锈蚀混凝土保护层脱落后的槽板承载力及破坏形态。试验表明 :因钢筋锈蚀 ,纵向混凝土保护层完全脱落后 ,槽板的极限承载力下降 14 %～ 2 5 % ,破坏形式为锚固失效     

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。     

钢筋锈蚀槽板静载荷试验研究

通过对三块钢筋锈蚀槽板的荷载试验结果的分析 ,探讨了钢筋锈蚀和混凝土保护层脱落后的槽板承载力及破坏形态。试验表明 :钢筋锈蚀引起混凝土保护层顺筋完全脱落后 ,槽板的极限承载力下降 14 %～ 2 5 % ,破坏形态为锚固失效。     

开孔板连接件塑性阶段受剪机理及荷载-滑移曲线特征研究

为保证单孔PBL连接件在塑性阶段仍具备较高的残余受剪承载力和较好的延性,对22组未设置贯通钢筋和21组设置贯通钢筋的单孔PBL连接件的荷载-滑移曲线进行了统计分析,研究了板厚不小于9 mm的单孔PBL连接件进入塑性阶段后的受剪机理。在此基础上,根据荷载-滑移曲线的延性特征将其进行分类,并给出了判别条件。研究表明:单孔PBL连接件塑性阶段的残余受剪承载力由混凝土榫沿剪切破坏面的黏结力、侧向约束力提供的受剪承载力以及贯通钢筋的销栓作用组成。根据塑性阶段的侧向约束力情况,将单孔PBL连接件荷载-滑移曲线分为Ⅰ类、Ⅱ类与Ⅲ类曲线。可通过控制约束强度比,避免未设置贯通钢筋和设置贯通钢筋的单孔PBL连接件的荷载-滑移曲线出现延性较差的第Ⅲ类曲线,并可通过控制贯通钢筋比,避免设置贯通钢筋的单孔PBL连接件的荷载-滑移曲线出现经济性较差的第Ⅱ类曲线;可通过联合控制约束强度比和构造钢筋比,避免荷载-滑移曲线出现峰值点处荷载突变。