鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置力學性能研究

任宏偉

摘 要：鋼管混凝土的節點連接在工程施工中存在著較大困難，使鋼與混凝土組合結構在當今結構工程中的推廣受到很大限制。設計了灌漿套筒的方式對鋼管混凝土進行連接，并將連接裝置進行試驗研究，分析了灌漿套筒連接裝置的破壞形態和軸向拉壓承載力，彌補了鋼管混凝土連接上的不足，為鋼管混凝土的安裝連接設計提供了理論依據。

關鍵詞：鋼管混凝土 灌漿套筒 力學性能 實驗研究

中圖分類號：TU39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0059-02

鋼管混凝土結構在預制鋼管混凝土邊框剪力墻中廣泛應用，但其節點連接問題的好壞對預制鋼管混凝土剪力墻結構體系的推廣應用將產生直接的影響。預制鋼管混凝土剪力墻結構體系在工廠工業化生產構件，現場進行裝配，有利于建筑的節能減排和住宅產業化，符合國家政策。但是在裝配過程中存在較多的節點連接，鋼管混凝土剪力墻結構的整體性能受到限制，所以，鋼管混凝土的連接設計是非常關鍵的環節。現有的鋼管混凝土連接方式多種多樣，構造相對復雜，傳力不明確，連接節點形式缺少統一，沒有完善的計算理論。

1 灌漿套筒連接裝置設計

鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置主要是由無縫圓鋼管組成，其外徑為219 mm，內徑為205 mm，7 mm厚，高度為120 mm。為了使連接裝置內部混凝土受到較強的約束作用，在灌漿套筒的內側頂部位置處焊接一圈光圓鋼筋，鋼筋的型號為HPB235，直徑為10 mm。

在無縫圓鋼管的內部放置高度為110 mm的Q235級方鋼管，內部澆筑C30型號的混凝土，其中方鋼管的尺寸為120 mm×120 mm×4 mm，將高強快速凝結灌漿料灌入灌漿套筒連接裝置無縫圓鋼管和鋼管混凝土的間隙空間中，使鋼管混凝土被套筒連接裝置固定連接。為使加載試驗順利進行，在鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的底部放置由直徑為181 mm，15 mm厚的圓鋼板制作成的加載板，同時在加載板的上表面放置一塊112 mm×112 mm×15 mm的正方體木墊塊，以便試件加載實驗過程中使鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置內部的高強灌漿料與7 mm厚的灌漿套筒無縫圓鋼管產生力的作用，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的設計圖如圖1所示。

2 試件加工

鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置試件的加工在土木工程實驗中心完成。將灌漿套筒連接裝置的無縫圓鋼管固定定位，然后將C30混凝土灌入內部的方鋼管中，最后在灌漿套筒連接裝置無縫圓鋼管和鋼管混凝土的間隙空間中灌入在土木工程材料實驗室制作的高強灌漿料，滿足高強灌漿料的灌入高度與焊接的光圓鋼筋圈平齊，并定期加水進行養護。

3 加載裝置

與鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置內灌漿料同等條件養護下，灌漿料試塊達到規定強度后，將15 mm厚圓形加載板置于套筒連接裝置下部，便于試驗加載時使連接裝置外部套筒與內部灌漿料產生剪力左右。在實驗室WAW1000萬能壓力試驗機上進行單個節點的灌漿套筒連接裝置軸向受壓承載力試驗，加載方式采用單調加載，直到鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置破壞為止。

4 測試內容和測點布置

根據試驗觀測的內容和套筒連接裝置受力的特點，鋼管混凝土灌漿連接裝置試驗需要測試的內容主要有：灌漿套筒連接裝置外部無縫圓鋼管的應變大小以及與之相對應的萬能壓力機測得的壓力值；鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置所能承受的抗壓極限承載力和破壞特征。應變片的位置布置在灌漿套筒連接裝置無縫圓鋼管外側表面，分別對稱布置3個邢臺市橋西科華電阻應變計廠出產的柵長×柵寬為3 mm×2 mm，電阻值為（120.1±0.17）Ω的應變片。

5 破壞特征

開始加載時，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的變化較小，套筒與內部灌漿料無明顯變化；當壓力機施加的壓力達到1 240 kN時，灌漿套筒連接裝置內部灌漿料的上表面邊緣開始出現微小的環形裂縫，并且鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置與內部灌漿料產生了一定的滑移，連接套筒內部的方形鋼管混凝土隨灌漿料整體相對于套筒發生了位移，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置剪切破壞。

6 數據分析

試驗開始時，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置無縫圓鋼管的環向應變隨著壓力機施加壓力增大而逐漸增大，當壓力值加載到1 000 kN時，灌漿套筒連接裝置的環向應變值大小為442 ue，荷載與環向應變的曲線出現拐點。而隨著壓力機施加壓力增大荷載與環向應變曲線逐漸趨于平緩，壓力值大小增大較慢，而套環向應變值卻產生了增大，直到鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置與內部灌漿料產生相對滑移，套筒連接裝置發生直剪破壞。此時壓力機施加的壓力大小為1 240 kN，與之相對應的套筒無縫圓鋼管的環向應變為1 160 ue，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置并未屈服，套筒裝置的荷載與環向應變曲線如圖4所示。

7 結語

在鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置整個試驗過程中，連接裝置的重要組成材料套筒內部高強灌漿料只是產生微小裂縫，并沒有發生完全破碎，無縫圓鋼管作為鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的主要組成部分也沒有發生屈服，說明此鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置設計合理，受力明確，承載力高，是一種適合于現場安裝制作并且安全可靠的鋼管混凝土連接裝置。

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