钢筋套筒灌浆对接与搭接接头力学性能对比

为研究套筒灌浆对接和搭接接头力学性能差异,进行了24个对接和12个搭接接头单向拉伸试验,对比研究了接头的破坏形态、承载力、延性、力-位移曲线、套筒应变等.对接接头在加载过程中套筒中部灌浆料出现全截面开裂现象,加载结束发生了灌浆料从套筒中拔出破坏,搭接接头无以上现象.试验结果表明在套筒长度相同时,搭接接头承载力、总伸长率、刚度分别是对接接头的5~7倍、3~5倍、2~3倍,位移延性系数大于对接接头;在锚固长度相同时,搭接接头承载力、位移延性略大于对接接头,两者初始刚度差别不大,而搭接接头中后期刚度高于对接接头.对接接头套筒中部截面纵向受拉,而搭接接头加载前期受拉,后期受压,反映搭接接头对套筒抗拉强度要求较低;对接接头套筒中部截面环向受压,而搭接接头加载前期受压,后期受拉,说明搭接接头套筒中部对灌浆料约束作用大于对接接头.搭接接头力学性能优于对接接头,可运用于预制装配式结构钢筋连接.     

带肋钢筋与套筒约束灌浆料黏结性能试验

为套筒约束灌浆料在预制装配式结构中应用提供理论依据,进行了45个带肋钢筋锚入套筒约束灌浆料中的拉拔试验,研究了试件破坏形态和黏结强度的变化规律,拟合钢筋与套筒约束灌浆料间黏结滑移本构关系,并给出本构关系中各特征点的黏结强度和滑移值计算公式,计算了钢筋在套筒约束灌浆料中达屈服强度和极限强度的临界锚固长度.试验结果表明:随着钢筋直径增大,试件极限承载力增大,黏结强度总体呈增大趋势;随着锚固长度增大,试件极限承载力增大,但黏结强度降低;当套筒含钢率为13.78%~18.51%时,含钢率的增加对钢筋与灌浆料的黏结强度提高作用较小;由于灌浆料不含粗骨料,使钢筋在灌浆料中达黏结强度对应的滑移值大于钢筋在各种混凝土中达黏结强度对应的滑移值.试件黏结滑移曲线能量分析表明:钢筋直径、锚固长度增大,试件脆性系数总体呈降低趋势,表明试件延性提高;由于套筒的约束,灌浆料与钢筋的锚固长度大大减小.     

套筒灌浆搭接接头拉伸试验及受力机理分析

为研究钢筋套筒灌浆搭接接头的受力机理,进行了36个该接头拉伸试验,考察了其破坏形态、承载力、延性、套筒纵向及环向应变等。试验结果表明,当相对搭接长度相同时,试件的屈服、极限荷载随钢筋直径增大而提高;搭接长度越长,试件初始刚度、延性越好;加载前期套筒为纵向受拉、加载后期套筒纵向受压;随着搭接长度的增大,套筒纵向由拉变压的转换荷载逐渐增大;加载过程中近钢筋侧套筒纵向拉应变随着搭接长度增大而增大,极限荷载时远钢筋侧套筒纵向压应变随着搭接长度增大而变小;加载前期,套筒中部环向应变值大于边缘截面环向应变值;极限荷载时,由于端部灌浆料脱落,套筒边缘截面环向应变值小于中部截面环向应变值;细观分析了搭接接头的传力路径、力学机理,基于钢筋-混凝土黏结应力分布曲线,分析套筒纵向应力分布及发展过程,得出套筒加载前期为纵向受拉、加载后期为纵向受压,与试验结果吻合;基于试验数据,拟合出了接头极限黏结强度公式,提出套筒临界搭接长度公式。研究成果可为接头应用奠定理论基础。     

后插钢筋位置等对APC接头拉伸性能的影响

为研究后插钢筋位置等对套筒灌浆搭接接头（简称APC接头）力学性能的影响,进行了45个该接头拉伸试验,研究了其破坏形态、延性、极限承载力和套筒应变等,并利用ABAQUS进行数值模拟和参数分析。试验结果表明:接头的初始刚度和延性随两钢筋距离的增大而降低;钢筋与套筒接触和钢筋间距离减小均使接头承载力降低,前者对黏结强度降低起控制作用;极限荷载时偏转（两钢筋圆心连线）方向套筒中部截面纵向受压,钢筋拉断破坏试件,其套筒中部截面压应变随钢筋直径增大而增大;极限荷载时套筒中部截面环向应变以拉应变为主,且环向平均拉应力随钢筋直径增大而增大。基于ABAQUS进行了接头精细化数值模拟,与试验结果吻合较好。模拟参数分析表明:偏转降低试件的极限承载力,偏转对发生钢筋拔出破坏试件的极限承载力影响较大,对发生钢筋拉断破坏试件的影响较小;随搭接长度增加,黏结应力曲线峰值先增大后减小,曲线饱满程度先减小后增大。根据前期及本次试验拟合得到的极限黏结强度计算公式适用性较好,可作为实际工程参考。     

钢筋套筒灌浆连接拉伸性能的精细有限元分析

为了揭示钢筋套筒灌浆连接接头的细观工作机理和内部灌浆料的开裂、破坏过程，利用DIANA 10.3有限元软件建立接头试件的肋尺度精细化有限元模型，研究轴向拉伸荷载下接头的连接性能.结果表明，利用该模型能够准确地反映接头试件的破坏模式、极限承载力、荷载-位移曲线及钢筋和套筒的轴向应变分布规律；钢筋锚固区灌浆料中的圆锥状裂缝与接头轴向呈35°～45°夹角分布；灌浆键的剪切破坏会导致钢筋的机械咬合作用失效，造成套筒有效约束面内移；布置在钢筋自由端的套筒肋无法充分发挥对灌浆料的止推作用；纯灌浆段无法形成锥面斜压杆应力传递机制.     

页岩陶粒混凝土预制构件钢筋浆锚连接性能试验研究

为了验证页岩陶粒混凝土预制构件纵向受力钢筋采用浆锚连接的适用性和可靠性,对采用该连接形式的钢筋连接试件分别进行了单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压试验,分析页岩陶粒混凝土强度和钢筋搭接长度对其连接性能的影响。试验结果表明：所有试件纵筋均未出现滑移,试件的最终破坏均为接头外钢筋被拉断或屈服;采用浆锚连接的钢筋搭接长度不宜小于1.0l_aE;当钢筋搭接长度大于等于1.0l_aE时,随着页岩陶粒混凝土强度的增加,试件接头的极限抗拉强度有所提高。在满足规定的构造要求下,钢筋浆锚连接形式可用于页岩陶粒混凝土预制构件纵向受力钢筋的可靠连接。     

600 MPa钢筋滚压套筒灌浆连接参数化分析

对600 MPa钢筋套筒灌浆连接接头进行参数化分析可为高强钢筋对应套筒规格的研究提供理论依据。文章对钢筋套筒构件进行了单向拉伸试验,利用有限元软件分析了600 MPa钢筋套筒灌浆连接接头的钢筋滑移与套筒应变规律,以及钢筋锚固长度与套筒内腔构造对接头性能的影响。结果表明：环肋数量的增加对光滑段灌浆料滑移影响较大,而对环肋间灌浆料的滑移影响较小;套筒表面环向应变均为压应变,轴向应变既有拉应变也有压应变;钢筋锚固长度达到8d(8倍钢筋直径)后,环肋数量的增加对接头承载力与变形的影响减小。     

钢制灌浆套筒连接性能试验研究

为了降低套筒成本,方便现场施工,在前期试验的基础上,设计制作了一组小型化钢制套筒,完成了31个小型化套筒灌浆连接件的拉拔试验,并基于Mises屈服准则对筒壁应力的实测值与计算值进行了对比.结果表明:当钢筋锚固长度为1.0la(la为套筒灌浆钢筋计算锚固长度)时,除一个试件滑丝外,18个试件均为接头外钢筋拉断破坏,且抗拉强度均大于连接钢筋抗拉强度标准值;当钢筋锚固长度为0.6la时,除一个试件钢筋拉断外,11个试件均为钢筋拔出破坏,且残余承载力约为试件极限承载力的1/2;筒壁应力的实测值与计算值吻合较好,建立的筒壁应力计算式可以为灌浆套筒设计提供参考.     

内置楔形体灌浆套筒连接接头单轴拉伸试验研究及有限元分析

采用无缝钢管利用数控机床和焊接工艺加工了一种低成本灌浆套筒,并制作了9个接头试件,通过单轴拉伸试验和有限元分析,研究了套筒接头的应力分布情况及力学性能。结果表明:试件发生连接钢筋断裂和滑移两种破坏模式,增加连接钢筋锚固长度可改变试件的破坏模式。楔形体的长度和斜度均影响试件的极限承载力。当套筒中连接钢筋的锚固长度大于6倍连接钢筋直径时接头强度满足规范JGJ107中Ⅰ级接头和ACI318中Type 2接头类型要求。连接钢筋在套筒外部分受力大于套筒内的部分,因此当试件发生连接钢筋断裂时,断点均在套筒外。通过回归分析建立了接头试件的荷载位移关系模型,该模型与试验结果吻合很好。     

高应力循环荷载作用下钢筋套筒灌浆连接件的性能

装配式建筑结构中钢筋套筒灌浆连接件的力学性能直接关系到结构的安全性。对9种不同类型的钢筋套筒灌浆连接件进行了高应力反复拉压试验。在高应力反复拉伸作用下,试件出现钢筋断裂和粘结滑移2种破坏形式。钢筋锚固长度为8d和7d的试件,连接钢筋被拉断;钢筋锚固长度为6d的试件,套筒内部发生锚固钢筋的粘结滑移。依据弹性力学原理,对钢筋套筒灌浆连接件进行模型简化分析,结合理论计算,推导出锚固钢筋的最小锚固长度临界值为6. 5d。     

套筒灌浆搭接及对接接头高应力反复拉压试验

为比较套筒灌浆搭接及对接接头间力学性能差异,进行了41个搭接接头和20个对接接头的单拉及高应力反复拉压试验。结果表明：单拉及高应力反复拉压时,两种接头均能实现最大力下总伸长率大于6%、延性系数大于4,强度基本满足规范要求;高应力反复拉压后单拉时,两种接头承载力均有所提高,但接头初始刚度和延性下降;防偏转措施可减少搭接接头残余变形,但其约束刚度有限,搭接接头残余变形略大于对接接头,防偏转搭接接头及对接接头残余变形基本满足规范要求;高应力反复拉压后单拉时,搭接接头套筒中部截面在加载前期纵向受拉、环向受压,加载后期纵向受压、环向受拉,对接接头套筒加载过程中均为纵向受拉、环向受压;高应力反复拉压结束后单拉时,防偏转、不防偏转搭接接头套筒中部截面近钢筋侧最大纵向拉应变分别为对接接头的0.10～0.39倍、0.13～0.18倍,最大环向压应变分别为对接接头的0.09～0.49倍、0.02～0.32倍,搭接接头对套筒材性要求较低;钢筋直径相同时搭接接头材料成本较对接接头降低约35%。     

高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分。通过36个试件的单轴受压试验,设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的力学性能。结果表明：预烘干(105 ℃、120min)结合升温速率5 ℃/min的复合措施抑制了灌浆料(抗压强度85.7MPa)的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂;动态加载应变率(0.067s-1)下的高温后试件峰值应力普遍高于静态下的值,最高可达29.6%;高温后灌浆料应力-应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析,率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,且模拟对象的荷载-位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,并得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。     

高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分。通过36个试件的单轴受压试验,设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的力学性能。结果表明：预烘干(105 ℃、120min)结合升温速率5 ℃/min的复合措施抑制了灌浆料(抗压强度85.7MPa)的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂;动态加载应变率(0.067s-1)下的高温后试件峰值应力普遍高于静态下的值,最高可达29.6%;高温后灌浆料应力-应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析,率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,且模拟对象的荷载-位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,并得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。     

灌浆缺陷对半灌浆套筒连接件强度的影响

为研究半灌浆套筒连接件受灌浆缺陷影响的规律,对含端部、中部和均布灌浆缺陷及灌浆饱满的连接件进行单向拉伸试验,通过有限元软件分析研究灌浆缺陷类型和缺陷尺寸对连接件拉伸强度的影响。结果表明:灌浆缺陷导致半灌浆套筒连接件拉伸强度降低,相同尺寸的均布缺陷对C25 连接件拉伸强度影响最大,中部缺陷次之,端部缺陷最小。随着灌浆缺陷长度的增大,含灌浆缺陷连接件的破坏形态均由钢筋拉断破坏转变为钢筋拔出破坏。并且,连接件屈服强度和极限抗拉强度的降低速率与灌浆缺陷类型相关,含均布缺陷的连接件降低最快,含端部缺陷的连接件最慢。为确保C25 半灌浆套筒连接件满足I 级接头要求,含端部、中部和均布灌浆缺陷的连接件钢筋最小锚固长度分别为125、150 和175 mm。     

套筒灌浆搭接连接的L型预制剪力墙抗震试验

为研究套筒灌浆搭接连接的L型预制剪力墙的抗震性能,进行了1片现浇墙和2片竖向钢筋采用Ⅰ型、Ⅱ型套筒灌浆搭接接头(简称APC接头)连接的预制墙拟静力试验,研究了试件的破坏形式、滞回性能、特征荷载、变形、钢筋和套筒应变等。结果表明：预制墙裂缝开展情况与现浇墙基本一致,破坏形式为弯剪破坏;现浇墙破坏出现在边缘墙脚处,而预制墙底部由于套筒约束,薄弱截面上移,破坏时套筒上方混凝土压碎,钢筋压屈;当现浇和预制试件墙体底部箍筋、水平分布钢筋加密时,采用Ⅰ型接头连接的预制墙的开裂、屈服、峰值荷载,刚度,延性和耗能能力与现浇墙相当,采用Ⅱ型接头连接的预制墙的各项指标均优于现浇墙;两种接头在预制墙中均能有效传递钢筋应力,套筒在加载过程中基本处于弹性状态;由于APC接头刚度大,预制墙最大平面外位移绝对值小于现浇墙,但预制试件由于水平接缝影响,平面外扭转出现损伤变形累积。     

预制混凝土结构插入式预留孔灌浆钢筋搭接试验

为研究具有自主知识产权的预制混凝土结构钢筋连接方法,在钢筋锚固试验结论的基础上,设计制作了108个预制混凝土结构插入式预留孔灌浆钢筋搭接试件。依据搭接接头率为100%的要求确定了钢筋搭接长度,考虑了钢筋直径、混凝土强度、搭接长度等不同影响因素,完成了试件的单向拉伸试验,得到了插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接的破坏模式及各因素的影响规律,计算分析并给出了合理的搭接长度。通过实验证明,插入式预留孔灌浆钢筋搭接的方法,其连接性能可靠且施工简便,适合于住宅产业化下的预制混凝土结构的钢筋连接。