高应力反复拉压作用下钢筋套筒灌浆连接性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接接头在地震作用下的连接性能,提高钢筋套筒连接接头的可靠性,设计并制备了钢筋直径25、28mm的钢筋套筒灌浆连接接头,通过高应力反复拉压试验,研究了钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态、连接性能、循环荷载对灌浆料的损伤情况,以及灌浆套筒应变分布等。试验结果表明：钢筋锚固长度约为8倍钢筋直径时,钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态均为钢筋拉断破坏,其强度可等同于同型号钢筋的抗拉强度,但套筒端部的灌浆料损伤严重,其损伤深度约占套筒总长度的8%,接头的屈服位移明显小于同型号钢筋的屈服位移。高应力循环作用对钢筋套筒灌浆连接接头连接性能影响不明显。采用屈服比、强度比、延性比和承载力能力利用比等指标对不同型号的钢筋套筒灌浆连接接头的连接性能进行评价,结果表明：钢筋套筒灌浆连接接头的屈服比和强度比均大于1,延性比均大于4,但是钢筋直径25mm的钢筋套筒灌浆连接接头的承载能力利用比仅为51%,可对其进行优化以降低接头对构件抗震性能的影响。     

考虑二次补浆影响下钢筋半灌浆铸造套筒灌浆连接性能试验研究北大核心CSCD

为研究半灌浆铸造套筒在二次补浆影响下的钢筋连接性能,对18个半灌浆铸造套筒接头试件进行单轴拉伸试验研究。将二次补浆量和钢筋直径作为主要试验参数,对半灌浆套筒连接接头的失效形式、抗拉性能、套筒外表面应变分布形式以及套筒内灌浆料的损伤深度进行研究。分析结果表明,试件在拉伸荷载作用下的破坏形式均为钢筋被拉断;螺纹与灌浆料交界处是整个套筒轴向应变和环向应变最大的位置;在荷载作用下端部灌浆料具有一定程度的损伤,平均损伤深度约占套筒总长度的7.58%;二次补浆对试件的极限承载能力影响可以忽略。采用屈服比、强度比和延性比三种指标对接头的连接性能进行评价,结果表明,所有试件均满足规范要求,连接性能良好。     

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。     

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.     

高温后钢筋套筒灌浆连接反复拉压受力性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接在高温后的力学性能,对高温后的钢筋套筒灌浆连接开展了高应力反复拉压试验,对比分析了不同温度下、不同直径的套筒灌浆连接试件的承载能力、破坏模式、极限粘结强度等。结果表明：高温后的钢筋套筒灌浆连接在高应力反复拉压作用下出现了套筒外钢筋拉断破坏、钢筋与灌浆料粘结滑移破坏两种破坏形态,试件的破坏模式随着温度的升高会发生改变,试件极限承载力随温度的升高略有降低,钢筋与灌浆料之间的极限粘结强度随温度升高呈下降趋势。     

考虑钢筋偏心影响的铸造半灌浆套筒连接性能试验研究

为研究钢筋偏心(垂直偏心和斜向偏心)对铸造半灌浆套筒连接性能的影响,设计制作了18个铸造半灌浆套筒连接试件,通过拉伸试验研究钢筋偏心对试件破坏形态、强度与变形性能、灌浆料损伤程度的影响。结果表明,钢筋垂直偏心和斜向偏心对接头极限承载力影响较小,主要影响接头的变形性能,且出浆口所在截面为最危险截面;钢筋垂直偏心使贴近钢筋一侧筒壁应变大于另一侧对称位置应变,且钢筋斜向偏心试件具有相同的应变分布规律;钢筋居中试件灌浆料损伤深度最小,斜向偏心试件损伤深度最大,垂直偏心试件次之。最后,建立了铸造半灌浆套筒连接接头极限承载力分析模型,接头极限承载力计算结果与试验结果吻合良好,误差小于10%。     

早期振动对钢筋套筒灌浆连接受力性能影响的试验研究

钢筋套筒灌浆连接作为装配式混凝土建筑中竖向钢筋的主要连接方式得到广泛应用,但灌浆料凝固期内,振动环境对钢筋套筒灌浆连接性能影响的研究很少.为研究早期振动对钢筋套筒灌浆连接性能的影响,对其进行了试验研究.试验制作了15组试件,对3组钢筋直径20mm、振幅0.3mm、频率2Hz的连接试件进行单向拉伸试验、高应力反复拉压试验和大变形反复拉压试验,对其他12组试件进行单向拉伸试验.试验结果均为接头外钢筋拉断破坏,接头连接性能满足规范要求.试验表明不同振幅时,连接试件的荷载-变形曲线大致相同,连接试件的极限变形随振幅增大略有增加;振动频率的变化对连接试件的受力性能影响很小;相同应力条件下,大直径钢筋的连接试件变形大于小直径钢筋.试验的振动加载方式引起了连接钢筋在套筒内偏置,但在此偏心的不利影响下,套筒灌浆连接试件性能仍满足规范要求.     

灌浆料强度与灌浆套筒抗拉强度关系试验研究

针对不同灌浆料强度与灌浆套筒抗拉强度的关系进行试验研究,结果表明：当灌浆料强度为40 MPa时套筒接头的破坏形式为钢筋拔出,当灌浆料强度大于50 MPa时套筒接头的破坏形式为钢筋拉断,且当灌浆料强度大于50 MPa时,套筒接头的力学性能基本维持不变。     

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。     

高温后套筒灌浆连接受力性能试验研究

套筒灌浆连接已发展为预制混凝土结构钢筋连接的主要方式,但其在高温作用后循环荷载作用下受力性能的研究仍有待深入。为此,针对钢筋直径为20mm的36个套筒灌浆连接开展高温后受力性能试验研究,设置常温、200℃、400℃、600℃等四种历经温度作为试验变量,采用单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压等三种加载工况。结果表明：升降温过程中高强灌浆料未出现爆裂现象;连接极限荷载随温度下降但是降低幅度最大不超过7.6%;当经历最高温度不超过400℃时,发生套筒外钢筋断裂失效,而经历最高温度为600℃时,发生钢筋与灌浆料黏结滑移失效;当经历最高温度为600℃时,套筒中部仍然保持弹性状态;采用屈服比(不小于1.0)、强度比(不小于1.25)与延性比(不小于4.0)评价套筒灌浆连接性能,其相应取值分别为1.2～1.3、1.4～1.6、8.2～18.7。此外,基于套筒灌浆连接材料组成与受力特征的分析,认为其可能的失效模式为套筒外钢筋断裂、钢筋与灌浆料黏结滑移两种形式之一,且承载力取决于二者之间的较小值。     

半灌浆套筒连接接头动态性能研究

通过试验研究3种加载速率(0.6,6,60mm/s)下的半灌浆套筒连接接头动态性能,分析了试件的破坏形式和荷载-应变变化规律。研究结果表明:大部分试件的破坏始于钢筋被拉断且出现碎浆时,个别试件发生套筒滑丝破坏;试件破坏时钢筋均达到屈服状态,套筒未屈服,满足规范规定的强度要求;随着钢筋直径的增大,试件承载力明显提高;由于机械连接端螺纹与钢筋间的咬合作用消耗了部分动态荷载能量,因此加载速率对半灌浆套筒试件的承载力影响有限。进行装配式结构设计时,可不考虑动态荷载对钢筋连接接头性能的影响。     

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。     

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。     

高温后套筒灌浆连接受拉力学性能分析与仿真

通过分析套筒灌浆连接受拉的传力机理,发现套筒灌浆料强度是影响接头力学性能的关键。运用Abaqus软件,开展套筒灌浆连接仿真分析。首先实施常温下接头受拉分析,建立界面损伤变量值识别模拟对象的失效模式,通过实测结果验证分析后建立套筒灌浆连接仿真分析方法;然后引入高温作用为研究变量,发现采用抗压强度为85.1 MPa的套筒灌浆料、钢筋黏结长度为7.7倍钢筋直径的套筒灌浆连接受拉时,400℃高温作用是连接失效模式转变的临界温度。此外,通过仿真分析,成功捕捉到连接的套筒外钢筋断裂现象以及荷载-位移曲线的下降段,有利于失效模式识别,为提升连接的可靠性提供了重要依据。     

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%。     

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。     

冲压式套筒灌浆连接接头受拉性能有限元分析研究

套筒构造优化可在一定程度上改善钢筋套筒灌浆连接接头的力学性能。本文以适配18 mm钢筋的冲压式套筒为研究对象,将其八边形剪力槽的数量及冲压深度作为结构特征参数变量,开展了钢筋套筒灌浆连接接头力学性能有限元分析研究。研究表明：（1）本研究所模拟的4个钢筋套筒灌浆连接接头的荷载-位移曲线均类似于钢筋单向拉伸曲线,连接接头的屈服荷载基本一致;（2）采用不同构造套筒的钢筋连接接头的变形能力差异比较明显,采用6个剪力槽、冲压深度为3.5 mm的套筒的钢筋连接接头的变形能力最优,延性最大。当剪力槽数量较少时,连接接头的变形能力对冲压深度的变化更加敏感;（3）6个剪力槽冲压深度为2.5 mm的套筒内力分布较为均匀,其余工况的应力集中现象较明显。     

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...