钢筋半套筒灌浆连接的静力拉抻试验研究

华南理工大学学报自然科学版第44卷第2期JOUMALOFSOUMCHINAUNIVERSITYOFTECHNOLOGYV0144NO22016年2月NAMRALSCIENCEEDITIONFEBMA呵2叭6文章编号1000一565X2叭602002607钢筋半套筒灌浆连接的静力拉抻试验研究木黄远朱正庚黄登易伟建张锐湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082摘要为了研究钢筋半套筒灌浆连接试件的力学性能，对14个钢筋半套筒灌浆连接试件进行了静力拉伸试验，试验中研究的主要参数为钢筋直径、套筒尺寸以及钢筋偏位研究表明所采用的半灌浆套筒满足强度要求；试件发生了钢筋拉断、钢筋刮犁式拔出和套筒滑丝3类破坏；当破坏形态为钢筋拉断时，钢筋是否偏位对试件的承载力几乎没有影响在试验结果及分析的基础上，提出了防止试件发生钢筋刮犁式拔出和套筒滑丝破坏的设计方法关键词钢筋；半套筒灌浆连接；破坏形态；力学性能；静力拉伸试验；承载力中图分类号TU375DOI103969JISSN1000565X201502005钢筋套筒灌浆连接是用高强、快硬的无收缩无首次应用于38层的夏威夷檀香山阿拉莫阿纳酒店机浆料填充在钢筋与专用套筒连接件之间，灌浆料预制柱中2，1983年，美国混凝土协会在报告中将凝固硬化后形成的钢筋连接11J按接头形式，可分其列入钢筋连接主要技术之一J国际上众多学者全套筒灌浆连接和半套筒灌浆连接，文中主要研究对钢筋套筒灌浆连接技术开展了一系列的研究工半套筒灌浆连接半灌浆套筒示意图如图1所示，其作，主要包括钢筋套筒灌浆连接试件在拉伸荷载作中，DN为灌浆段内径、D为灌浆段外径用下的力学性能及破坏形态研究。4。6J、采用钢筋套皇筒灌浆连接的预制混凝土构件的力学性能瓜曩鼻童型国逐步引入了该连接技术，并相继制定了钢筋连一7丁研究7。田X近年来，随着装配式结构0。在国内的兴起，我1，F接用灌浆套筒GT3982012、钢筋连接用套雌“卜尘_7R卜一J一澎浆段筒灌浆料JGT4082叭3和钢筋套筒灌浆连图1半灌浆套筒示意图接应用技术规程JGJ3552叭5等相关技术F唔1SCHEMATICDIAGRAMO“HEHAIFGROUTINGSLEEVE标准钢筋套筒灌浆连接技术主要应用于装配式混凝国内学者也对钢筋套筒灌浆连接技术进行了一土结构中预制构件的钢筋连接、钢筋笼整体对接以些富有成效的研究吴小宝等O进行了36个钢筋套及既有建筑的改造工程中，至今已有40余年的历筒灌浆连接试件的单调拉伸和单向重复拉伸试验；史20世纪60年代后期，钢筋套筒灌浆连接技术被郑永峰等1进行了5个新型变形灌浆套筒连接接收稿日期2叭50424基金项目国家自然科学基金资助项目51478174，51338004；湖南省自然科学基金资助项目14耵3054；湖南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目2015HNDXFOUNDATIONITEMSSUPPONEDBYTHENATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINA51478174，51338004ANDTHENATURALSCIENCEFOUNDATIONOFHUNANPROVINCE14JJ3054作者简介黄远1982一，男，博士副教授，主要从事组合结构及装配式结构研究EMAILHUANGYHNUEDUCN万方数据第2期黄远等钢筋半套筒灌浆连接的静力拉抻试验研究27头单向拉伸试验；钱稼茹等。12。进行了5个竖向钢筋12材料性能套筒浆锚连接的预制剪力墙抗震性能试验；卫冕根据钢筋连接用套筒灌浆料JGT408等。13。进行了6个竖向钢筋采用套筒灌浆连接的预2013，制作10个40MM40MM160MM的棱柱制柱的拟静力试验；刘家彬等41进行了3个螺旋箍体，以2400200NS的加荷速率试验测得的灌筋约束波纹管浆锚装配式剪力墙抗震性能试验浆料抗压强度为445MPA试件中连接钢筋的强度已有的研究大都针对全套筒灌浆连接，而对半等级为HRB400，根据金属材料拉伸试验第1部套筒灌浆连接的研究却鲜有报道与全套筒灌浆连分室温试验方法GBT22812010得到钢筋接相比，半套筒灌浆连接一端采用等强直螺纹连接，的材料性能，如表3所示钢筋的连接长度以及套筒长度可以大大减小，既可表3钢筋实测力学性能达到节约钢材的目的，又可以缩短连接时间，加快施TABLE3MEASUREDMECHANICALPROPENIESOFREBARS工进度5I为了研究钢筋半套筒灌浆连接试件的力学性能，促进钢筋半套筒灌浆连接技术在实际工程中的应用，文中进行了14个钢筋半套筒灌浆连接试件的静力拉伸试验，得到了试件的承载力、破坏形态以及钢筋和套筒的应变等信息13测量内容和方法1试验研究为了测量试验过程中钢筋和套筒的应变情况，11试件设计在灌浆连接的钢筋表面沿钢筋轴向设置应变片，编号SL，在套筒中部的表面位置沿纵向和横向分别设结合工程的实际情况，设计了14个钢筋半套筒置一个应变片，编号为S2和S3，如图2所示试件的灌浆连接试件，包括4种常用钢筋直径的套筒灌浆荷载及位移数据由加载装置的控制电脑直接得到连接，分别为14、18、22和25MM考虑到施工中预埋套筒与连接钢筋之间对位时可能出现的偏位情况，在其中3个试件的钢筋与套筒中心线之间设置了偏位，试件参数如表L所示试件套筒采用球墨铸铁半灌浆套筒，对于不同直径的连接钢筋，应匹配不图2应变片测点布置同型号的套筒，各型号套筒尺寸如表2所示F唔2AHANGEMENLOFSLRAINGAUGES表L试件参数14试验装置及加载方案TABLE1PAMMETERSOFSPEIMENS试验采用湖南大学建筑建材试验室500KN电液压伺服万能材料试验机进行加载，试验装置如图3所示试件钢筋屈服前采用荷载控制加载，屈服后采用位移控制加载直至试件破坏钢筋和套筒的应变信息采用TDS一530静态数据采集仪采集表2套筒各部分尺寸TABLE2DIMENSIONSOFSLEEVES试验装置爪意闱H试验装置照片网3试验装置FIG3TESTSETUP万方数据28华南理工大学学报自然科学版第44卷直径为22MM的试件发生钢筋刮犁式拔出，钢筋直2试验结果及分析径为25MM的试件发生套筒滑丝21破坏形态分析认为，试件的破坏形态主要取决于钢筋极试验出现了3种破坏形态，如图4所示，分别为限强度对应的承载力、钢筋与灌浆料的粘结强度对钢筋拉断、钢筋刮犁式拔出和套筒滑丝其中，钢筋应的承载力和套筒螺纹对应的承载力的最低值，即直径为14MM和18MM的试件发生钢筋拉断，钢筋钢筋极限强度对应的承载力最低时，试件发生钢筋拉断破坏；钢筋与灌浆料的粘结强度对应的承载力最低时，试件发生钢筋刮犁式拔出破坏；套筒螺纹对应的承载力最低时，试件发生套筒滑丝破坏22承载力分析试件的荷载一位移曲线如图5所示从图5可以看出，随着钢筋直径的增大，试件的最大承载力显著提高，除试件GS252外，其他试件在破坏前钢筋均已达到屈服，满足钢筋机械连接通用技术规程A1试件S184螺纹连接处钢筋拉断JG儿07_2003I级接头的要求，接头抗拉强度不小于被连接钢筋实际抗拉强度或110倍钢筋抗拉强度标准值通过整理得到试件屈服荷载及最大承载力，如表4所示221钢筋拉断破坏承载力分析钢筋直径为14和18MM的试件的破坏形态为钢筋拉断破坏，力学性能与相同直径的钢筋类似，单向拉伸时先屈服，然后强化，最后在最薄弱的部位被拉断试件最大承载力与由钢筋极限强度确定的承FH试件GSL85，钢筋中部拉断载力几乎完全相等如图4所示，除试件GSL85在螺纹连接钢筋中部断裂外，其他试件均在螺纹连接钢筋的螺纹连接处断裂，因为此处在加工螺纹时钢筋截面有少许削弱，是试件的薄弱部位钢筋直径为18MM的部分试件存在钢筋偏位，从图5B可以看出，所有试件的荷载一位移曲线基本相似，承载力相差不大，说明当钢筋半套筒灌浆连接试件的破坏形态为钢筋拉断时，钢筋是否偏位对试件的承载力几乎没有影响C试件GS221钢筋刮犁式拔出222钢筋刮犁式拔出承载力分析钢筋直径为22MM的试件破坏形态为钢筋刮犁式拔出破坏，从图5C可以看出，试件破坏前钢筋已经屈服，钢筋与灌浆料之间开始滑移后，承载力显著下降但没有完全丧失，荷载仍能保持在130KN左右钢筋刮犁式拔出破坏承载力取决于钢筋与灌浆料之间的粘结强度“P。“一7C扎，D试件GS252，套筒滑丝其中P。为钢筋刮犁式拔出破坏试件的最大承载图4试件破坏形态力，D为钢筋直径，计算结果如表4所示根据EINEAFIG4FAILUREMODESOFSPECIMENS等3的研究，钢筋与灌浆料之间的粘结强度R。可以万方数据第2期黄远等钢筋半套筒灌浆连接的静力拉抻试验研究29表4各试件的试验结果TABLE4TESTRESULTSOFSPECIMENS5，I强瞄侈直4径HMM160120连80411试件破妍、前，钢筋未达到屈服；2试件破坏形态非钢筋刮犁式拔出不能计算得到钢筋与灌浆料之间的粘结强度卜髟1假设为H钢筋直径18MM250R。矗以2其中后为常数，受钢筋和套筒等因素的影响；工为20灌浆料的抗压强度，本试验中灌浆料的抗压强度为矗土445MPA将式2代入式1，得71503迄100兀DL2F假设所有试件不考虑GS252均为钢筋刮犁50式拔出破坏，将数据代入式3计算得到的常数后0值如图6所示234C57R位移MM直径18NR钢筋直径22MNL卣卣4，一直径25N300知恝12520Z150迄100篡L一214L821222426501】筋直仔MM图6常数位移NUNFIG6CONSTANT七D钢筋直径25MM从图6可以看出，钢筋直径为22MM的试件常图5试件荷载一位移曲线数七约为34，其他直径的试件未发生钢筋刮犁式F唔5FOAD一IENECTIONCURVESOFSPECIMENS拔出破坏，后的实际值比此处的计算值大，需要更多万方数据30华南理工大学学报自然科学版第44卷不同钢筋直径的试验来确定常数七此处可以取后试件抵抗钢筋刮犁式拔出的承载力，防止试件发生L34来计算采用该类型套筒的钢筋半套筒灌浆连接钢筋刮犁式拔出破坏对于采用其他类型套筒或钢主筋的钢筋半套筒灌浆连接试件，同样可以采用该方隶80逞法，先通过试验确定常数矗的取值，然后用公式P。40兀矗以饭来计算设计试件抵抗钢筋刮犁式破坏的承载力，使该承载力值大于钢筋极限强度和套筒螺002345纹对应的最大承载力，从而避免试件发生钢筋刮犁应变10。式拔出破坏FHL试件GSL82200，223套筒滑丝承载力分析钢筋直径为25MM的试件破坏形态为套筒滑160L丝，从图5D可以看出，试件GS251破坏前钢筋已Z120经屈服，试件GS252破坏时钢筋仍处于完全弹性阶2段，承载力显著偏低对于钢筋半套筒灌浆连接螺纹童80L段的长度及承载力计算，相关规范没有明确规定，必须通过试验确定，工程中螺纹段常取15倍钢筋直径试件GS252承载力过低，较早发生套筒滑丝，说2345明套筒或钢筋的螺纹在加工过程中存在缺陷或相互应变103C试件GS223之间不匹配对钢筋半套筒灌浆连接应该严格控制250螺纹的加工质量，当试验试件由于发生套筒滑丝而200不满足设计要求时，需增加螺纹段的长度23钢筋和套筒应变5对4种不同钢筋直径的试件，各取一个典型试Z京0件作钢筋和套筒的荷载一应变曲线，如图7所示从图7可以看出，4种试件的荷载一应变曲线S形态基本相同钢筋屈服前，钢筋应变随荷载线性增LL23加；屈服后，钢筋应变显著增大套筒的纵向和横向应变，LO一3应变在整个试验过程中随荷载呈线性增大趋势，且D试件CS25一I与钢筋应变相比，套筒的应变很小，说明试验采用的图7钢筋和套筒的荷载一应变曲线FIG7LOADSTRAINCUNRESOFREBARSANDSLEEVES半灌浆套筒一直处于弹性阶段，满足强度要求100R3结论80L通过钢筋半套筒灌浆连接静力试验和分析，可以得到以下结论Z60R21钢筋半套筒灌浆连接试件的破坏形态有J匿40L3种，分别为钢筋拉断、钢筋刮犁式拔出和套筒滑丝主要取决于钢筋极限强度对应的承载力、钢筋与20卜灌浆料的粘结强度对应的承载力和套筒螺纹对应的0L一承载力的最低值2468应变10。2当钢筋半套筒灌浆连接试件的破坏形态为A试件GSL43钢筋拉断时，钢筋是否偏位对试件的承载力几乎没万方数据第2期黄远等钢筋半套筒灌浆连接的静力拉抻试验研究有影响SINGGMUTEDCO1】GATEDSTEELSLEEVESJBULLETINOF3可以利用公式P。7【南以以来计算钢筋半EANHQUAKEENGINEERING，2015套筒灌浆连接试件抵抗钢筋刮犁式破坏的承载力，10朱志刚，谢晋光，李红宝悬臂拼装法在人民桥扩建工程中的应用J华南理工大学学报自然科学使该承载力的值大于钢筋极限强度和套筒螺纹对应版，2000，282124一129的最大承载力，防止试件发生钢筋刮犁式拔出破坏ZHUZHIGANG，XIEJINGUA“G，LIHONGBAOAPPLICATION4套筒和钢筋的螺纹质量对钢筋半套筒灌浆OFFABRICA【EDCANTILEVERCONSTMCTIONMETHODINRENMIN连接试件的承载力影响至关重要，可以通过增加螺BFIDGEJJOUMALOFSOUTHCHINAUNIVERSITYOFTEEH纹段的长度提高试件抵抗套筒滑丝的承载力NOLO舒NATURALSCIENCEEDITION，2000，2821245除试件CS252外，所有试件均满足钢筋129机械连接通用技术规程JGJ107_2003I级接头11郑永峰，郭正兴，孙志成新型变形灌浆套筒连接接的要求试验试件采用的套简在整个试验过程中处头性能试验研究J施工技术，2014，432240在弹性阶段，应变相对较小，满足强度要求44ZHENGYONGFENG，GU0ZHENGXING，SUNZHIEHENG参考文献EXPERIMENTALSTUDYONTHEBEHAVIOROFFOUTEDDEFONLLED吴小宝，林峰，王涛龄期和钢筋种类对钢筋套筒灌浆PIPESPLICEJCONSTMCTIONTECHNOLOY，2叭4，4322连接受力性能影响的试验研究J建筑结构，2013，40一444314778212钱稼茹，彭媛媛，张景明，等竖向钢筋套筒浆锚连接WUXIAOBAO，LINFENG，WANGTAOEXPERIMENTALRE的预制剪力墙抗震性能试验J建筑结构，201L，4LSEARCHONEFF色CTSOFGROULAGEANDFYPESOFSTEELBARSON2L一6MECHANICALBEHAVIOROFGROUTSLEEVESPLICINGFBRREINFBRQIANJIARU，PENCYUANYUAN，ZHANGJINGMING，EFCINGBARSJBUILDINGSTRLLCTUIE，2013，43147782A1TESTSONSEISMICBEHAVIOROFPRECASFSHEARWALLSWITH2PRECASLPRESTRESSEDCONCRETEINSTITUTENEWPRECASTPRESVERTICALREIBRCEMENTSSPLICEDBYGROUTSLEEVESJTRESSEDSYSTEMSAVESMONEYINHAWAIIHOTELJPCIBUILDINGSTNLCTURE，2011，41216JOUMAL，1973，183101313卫冕，方旭钢筋套筒浆锚连接的预制柱试验性能研3ACICOMMITTEE439MECHANICALCONNECTIONSOFREINFORCE究J佳木斯大学学报自然科学版，2013，3LIILENTBARSRFA册IN甜ONHILLSCONCRETEINTEMATIONAL，335235719832435WEIMIAN，FANGXUTESTSBEHAVIOROFCOLONPRECAST4LINGJHRAHMANAAB，MIRASAAK，ETA1PE卜UMNSWITHREINFORCEMENTSSPLICEDBYGROUTSLEEVESJF0瑚ANCEOFCSSLEEVEUNDERDIRECTTENSILELOADDARTJOUMALOFJIAMUSIUNIVERSITYNATURALSCIENCEEDITION，IFAILUREMODESJMALAYSIANJOUMALOFCIVILENGI2013，313352357NEERING，2008，2018910614刘家彬，陈云钢，郭正兴，等。螺旋箍筋约束波纹管浆5LINGJH，RAHMANAAB，IBRAHIMIS，ETA1BEHAV锚装配式剪力墙的抗震性能J华南理工大学学报IOUROFGROUTEDPIPESPLICEUNDERINCREMENTALTENSILELOAD自然科学版，2014，42119298JCONSTMCLIONANDBUILDINGMATERIALS，2012，338LIUJIABIN，CHENYUNGANG，GU0ZHENGXING，ELA19098SEISMICBEHAVIOROFPRECASTSHEARWAUWITHRECTAN91JLAR6LINGJH，RAHMANAAB，IBRAHIMISFEASIBILILVSTUDYOFGMUTEDSPLICECONNECTORUNDERTENSILELOADJ，SPIRALSTI硼PSCONSTRAINTGROUTEDCORMGATEDPIPECONNECCONSTRUCTIONANDBUILDINGMATERIALS，2014，5010530539TIONJJOUMAL0FSOUTHCHINAUNIVERSITVOFTEEHNOLO7BELLERIA，RIVAPSEISMICPEIFONTLANCEANDRETROFITOFGYNATURALSCIENCEEDITION，2014，42119298PRECASTCONCRETEGROUFEDSLEEVECONNEC“ONSJPCI15王爱军钢筋灌浆直螺纹连接技术及应用J建筑JOUMAL，2012，5797一109机械化，20LO，3LS12L一258HABERZB，SAIIDIMS，SANDERSDHSEISMICPE卜WANGAIJUNREBARSSPLICINGTECHNOLOGYANDAPPLICAFORNLANCEOFPRECASTCOLUMNSWJTHMECHANICALLYSPLICEDTIONOFGROUTPAMLLELTHREADJCONSTMCTIONMECHANICOLUMNFOOTINGCONNECTIONSJ，ACISTNLCLURALJOUMAL，ZATION，2010，3LS12125。2014，111363965016EINEAA，YAMANET，TADR0SMKGROUTFIUEDPIPE9POPAV，PAPURCUA，COTOFANAD，ETA1EXPERIMENSPLICESFORPRECASTCONCRETECONSTMCTIONJPCIJOU卜TALTES【INGONEMULA“VECONNECTIONSFBRPRECASLCOLUMNSUNAL，1995，4018293万方数据32华南理工大学学报自然科学版第44卷INVESTIGATIONINTOHALFGROUTSLEEVESPLICINGFORREBARSVIASTATICTENSILETESTHUANGYUONZHUZHENGGENGHUANGDENGYIWET缸ONZHANG蹦COLLEGEOFCIVILEN沓NEERING，HUNANUNIVERSITY，CHAN铲HA410082，CHAN铲HA，CHINAABSTRACTINORDERTOINVESTIGATETHEMECHANICALPMPERTIESOFHA铲OUTSLEEVESPLICINGFORREBARS，14SPECIMENSWERETESTEDUNDERSTATICTENSION，WITHSUCHMAINPARAMETERSASBARDIAMETER，SLEEVEDIMENSIONANDREBARDEVIATIONBEINGCONSIDEREDTHERESULTSSHOWTHAT1THETESTEDHALFGROUTSLEEVESMEETTHESTREN殍HREQUIREMENTSWELL；2THESPECIMENSAREDESTMYEDINTHREEFAILUREPATTEMSINCLUDINGTHETENSIONFRACTUREOFTHEREBAR，THEREBARSCRATCHPLOUGHPULLINGOUTOFTHEIBARANDTHESLIDINGWIREOFTHESLEEVE；AND3WHENTHETENSIONFRACTUREOFTHEREBAROCCURS，THEIEBARDEVIATIONHASLITTLEEF壬ECTONFHEBE撕NGCAPACITYOFSPECIMENSBASEDONTHEANALYSISOFTHETESTRESULTS，ADESIGNMETHODISPUTFBIWARDTOAVOIDTHEOCCUNENCEOFTHEIEBARSCRATCHPLOUGHPULLINGOUTANDTHESLEEVESLIDINGWIREKEYWORDSREBAR；HALFGROUTSLEEVESPLICING；FAILUREMODE；MECHANICALPROPENY；STATICTENSILETEST；BEARINGCAPACITY上接第25页NONLINEARTEMPERATUREDISTRIBUTIONOFLONGITLLDINALPLATETYPEBAUASUESSTRACKINSPRING删，G0愕一FI肌SU月饥一I增蹦曰讥删U凡PMSCHOOLOFCIVILEN舀NEERING，CENTRALSOUTHUNIVERSITY，CHANGSHA4100