鋼管灌漿套筒連接受拉性能探討

張延祥，林 峰，馬國勇，林文鑫，潘 曄

福建建工集團有限責(zé)任公司，福建 福州 350001

0 引言

鋼管灌漿套筒連接分為全灌漿接頭、半灌漿接頭兩種形式，具體應(yīng)用哪種方式，需要結(jié)合建筑工程實際。現(xiàn)階段，國內(nèi)外對鋼管灌漿套筒連接受拉性能的研究，主要是針對大直徑的鋼管，因此，有關(guān)人員，在鋼管灌漿套筒連接受拉性能研究上，需要進一步擴大研究范圍，促進灌漿套筒的抗破壞能力。

1 套筒連接組成的基本要求

（1）連接。鋼管套筒，是指在金屬套筒中，插入單根鋼筋，同時注入鋼筋料拌合物，進而提升鋼筋的連接性。國外部分研究人員，提出鋼管灌漿套筒連接接頭的受拉性，要保證在鋼筋屈服強度的130%～140%；我國制定的《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中指出，套筒連接接頭的受拉性強度，不可小于鋼筋抗拉強度的標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）套筒。鋼管灌漿套筒，一般采用的是鑄造工藝、機械加工工藝等，采用的鋼材材料為球墨鑄鐵、合金結(jié)構(gòu)鋼等。普通的套筒（如圖1 所示）。通過機械加工后，保證套筒外表光滑、內(nèi)部無凸紋現(xiàn)象，從根本上保證套筒的使用性能［1］。實踐研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)套筒厚度在5mm 左右時，套筒的受拉應(yīng)力較小，難以滿足鋼筋屈服強度標(biāo)準(zhǔn)；部分研究人員，通過實驗驗證得出，套筒厚度，與筒壁的橫縱方向有關(guān)，同時，有研究人員發(fā)現(xiàn)，小直徑的套筒連接強度更高，通過增加套筒長度，能夠進一步提升套筒受拉連接點的黏結(jié)強度，套筒材料整體的利用率較高。

（3）套筒灌漿料。在套筒灌漿環(huán)節(jié)，灌漿的基本原料為水泥，施工人員，在具體進行水泥漿配制過程中，可以加入細(xì)骨料，嚴(yán)格控制水泥漿的材料的配比度，保持漿液的流動性、微膨脹性，確保水泥漿調(diào)配合格后，灌注到套筒，作為鋼筋連接的灌漿料。有關(guān)人員，在具體探索過程中發(fā)現(xiàn)，“早強”、“快硬”、“自密性高”的灌漿料，其抗壓強度更好，強化鋼筋荷載傳遞效果。

圖1 普通套筒圖

2 分析鋼管灌漿套筒連接受拉性能

2.1 鋼管灌漿套筒初始應(yīng)力分析

（1）基本假設(shè)。鋼管灌漿料的流動性較大，漿料中參合的成分，分布較為均勻，在具體探討鋼管灌漿套筒初始應(yīng)力分析過程中，由于鋼管的材質(zhì)因素，可以假定鋼材材料初始應(yīng)力、彈性、小變形假設(shè)需求［2］。一方面，鋼管灌漿套筒連接軸長度較長，灌漿料與鋼筋套筒的應(yīng)力需要滿足對稱標(biāo)準(zhǔn)。

（2）不同錨固長度連接承載力試驗。試驗整個過程就錨固拉伸情況進行分析探討，通過具體試驗觀察發(fā)現(xiàn)，荷載位移曲線呈上升趨勢，在實驗進行1min 時，聽到鋼筋套筒內(nèi)部的錨固鋼筋與灌漿料裂開，并伴隨屈服強度的增大，套筒內(nèi)部的聲音持續(xù)增大，試件出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，試件裂紋更多，試驗人員發(fā)現(xiàn)，鋼管灌漿套筒連接試件的應(yīng)力趨于平緩，當(dāng)試件應(yīng)力曲線呈現(xiàn)下降趨勢時，鋼管灌漿套筒連接試件被損壞。

（3）鋼管灌漿套筒連接受拉破壞模式分析。當(dāng)鋼管灌漿套筒連接受拉失效時，需要充分考慮材料與套筒之間的關(guān)系，確保鋼筋與套筒之間的粘結(jié)強度，確保提升的受拉荷載能力，減少鋼管與套筒之間的相對位移偏差。在具體研究中發(fā)現(xiàn)，鋼筋的橫肋斜面，受垂直表面的合力影響，在橫向作用下，灌漿料的擠壓，沿著鋼筋橫肋長度方向匯成剪切面，在擠壓作用下，灌漿料的膨脹度，受鋼管套筒的制約；縱向進行分量時，需要依托灌漿料與鋼筋的粘結(jié)強度進行均衡，當(dāng)受拉的荷載增加的情況下，灌漿料與鋼筋之間產(chǎn)生一定的位移，加劇灌漿料與鋼筋粘結(jié)性失效，影響使用效果。通常，在荷載力傳遞過程中，套筒內(nèi)的鋼筋在壓力作用下，受到灌漿料的擠壓，鋼筋在灌漿料包裹下，避免了鋼筋在筒內(nèi)被拉斷的現(xiàn)象，降低失效現(xiàn)象的發(fā)生幾率。

2.2 鋼管灌漿套筒連接受拉性能試驗

（1）試驗概況。有關(guān)人員就鋼管灌漿套筒連接受拉性能進行研究分析，在試驗中，設(shè)計了10 組30 個鋼管灌漿套筒連接試件，并選擇具有對稱點的鋼管混凝土柱節(jié)點單元，確保更好制作和加載試件；同時，保證試件外形、尺寸等條件相同。套筒的長度在350mm、套筒外徑在130mm、筒壁厚度在10mm、筒壁內(nèi)側(cè)的堆焊高度為3mm、間距為25mm 的抗剪鍵；鋼管的長度在300mm、外徑在95mm、鋼管壁厚度在10mm、鋼管外側(cè)的堆焊高度在3mm、間距為20 的抗剪鍵。其中抗剪鍵堆焊牢固可靠，滿足試驗要求。試驗中，要具體分析各個試件的參數(shù)，包括灌注漿強度、套筒連接長度等；有關(guān)人員，充分考慮試驗偏差的前提下，選取4 個試件指標(biāo)，分別進行編號處理。各試件主要參數(shù)變化可參照（表1）所示，不同試件長度灌漿灌漿情況（如表23 所示）：

表1 試件主要參數(shù)變化表

（2）實驗裝置。鋼管灌漿套筒連接性能試驗，需要建立在液壓試驗機上進行，首先進行單向抗拉試驗，將試件固定在加載架上，鋼筋荷載力，通過鋼管灌漿套筒連接件進行傳遞，并逐步將壓力轉(zhuǎn)化為鋼管與套筒之間的拉力。有關(guān)人員在，在具體操作過程中，嚴(yán)格按照《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》進行操作。

表2 不同試件長度灌漿強度

（3）試驗結(jié)果。通過鋼管灌漿套筒連接性能試驗分析，發(fā)現(xiàn)鋼管、套筒未發(fā)生明顯的變形、彎曲現(xiàn)象，位移偏差較小，當(dāng)超過鋼筋構(gòu)件的承載力水平時，鋼管、套筒之間，存在一定的滑移現(xiàn)象，有關(guān)人員，在試驗中待到受拉連接點承載力下降到穩(wěn)定值時，將鋼管拔除，進而降低試件對灌漿套筒的破壞。研究人員，通過對影響承載力因素的分析，發(fā)現(xiàn)提升灌漿料強度的同時，試件的承載力水平隨之提升，當(dāng)灌漿料強度為75MPa，試件的承載力提高了29.8%；當(dāng)灌漿料強度為86MPa，試件的承載力提高了30.5%?；诠酀{料強度與套筒連接長度直接關(guān)系到試件的承載力水平，因此，通過分析得出，抗剪面強度增大的情況下，極限荷載值也隨之增加。

3 結(jié)論

綜上所述，通過探討鋼管灌漿套筒連接受拉性能的分析，發(fā)現(xiàn)鋼管套筒壁厚約束了灌漿料的作用，如筒壁厚度未滿足連接強度需求時，套筒外的鋼筋處，容易產(chǎn)生損壞?；诤奢d力增大的情況下，鋼管灌漿套筒連接段的向應(yīng)力逐漸增大，為一進步提升鋼管灌漿套筒連接性能，有關(guān)人員仍需要加大力學(xué)性能的探索。