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.     

灌浆饱满度对半灌浆套筒钢筋连接性能影响的试验研究

灌浆饱满度是影响装配式结构钢筋套筒灌浆连接可靠性的重要因素,考虑灌浆饱满度、钢筋位置、钢筋强度级别等因素,制作了51个GTJB4 20/20型半灌浆套筒钢筋接头试件进行试验,研究灌浆饱满度对接头抗拉强度和变形性能的影响。结果表明,随着灌浆饱满度的降低,接头的变形性能先于抗拉强度出现降低,钢筋拔出破坏时,接头变形性能大幅降低;灌浆饱满度为62.5%时,接头试件出现了灌浆端钢筋拔出破坏,灌浆端拔出破坏的试件抗拉强度与灌浆饱满度密切相关;灌浆端钢筋拔出破坏试件在达到最大力后会有二次锚固现象;当灌浆饱满度不小于87.5%时,接头残余变形基本一致,当灌浆饱满度减小至75%时,接头残余变形迅速增大;套筒与灌浆端钢筋的相对滑移占接头残余变形的比例随灌浆饱满度的降低而增大;灌浆端钢筋拔出破坏时,接头最大力下总伸长率大幅降低;钢筋偏置对接头抗拉强度的影响不明显,但钢筋偏置试件的最大力下总伸长率总体上要小于钢筋对中试件,且偏置试件的变形性能对灌浆饱满度更敏感。研究结果为套筒灌浆连接质量的验收和处理提供依据。     

灌浆套筒力学性能影响因素分类及其机理分析

钢筋灌浆套筒主要用于装配式混凝土结构受力钢筋的连接。本文通过工程调研和模拟试验对影响灌浆套筒力学性能的主要因素进行了分类并分析了其产生的原因。试验研究采用不同的工艺和材料进行灌注,考虑了钢筋竖向、水平向的连接方式。研究结果表明,套筒灌浆缺陷形成的主要因素包括漏浆(考虑灌浆方向、缺陷位置等因素)、钢筋偏心、灌浆料流动性下降、后续施工的扰动和劣质灌浆料的影响等。     

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。     

内置楔形体灌浆套筒连接接头力学性能试验研究

采用无缝钢管加工了两种低成本灌浆套筒,并制作了22个钢筋连接接头试件,试件变量因素有连接钢筋锚固长度、连接钢筋直径、套筒类别及楔形体长度,通过静力拉伸试验对其力学性能进行了探究。研究结果表明:试件发生钢筋拔出和钢筋断裂两类破坏形式,但发生拔出破坏试件的残余承载力较高;增加连接钢筋锚固长度,试件承载力提高;增大连接钢筋直径后接头黏结强度和承载力提高;所有发生钢筋断裂破坏的试件的极限承载力均略低于相同直径钢筋在材性试验中测得的极限承载力;套筒内腔构造对套筒的受力性能有一定影响;楔形体长度和斜度均对套筒接头承载力有影响;两类套筒均在钢筋较小锚固长度下满足JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》中规定的Ⅰ级接头强度要求。最后通过回归分析提出了两个方程分别用于预测两类套筒的黏结强度,预测结果与试验结果吻合良好。     

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。     

不同位置灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头强度影响的研究

通过在全灌浆套筒内下段钢筋锚固段中部设置灌浆缺陷,研究不同大小灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头对中单向拉伸强度的影响;针对全灌浆套筒和半灌浆套筒,系统分析端部缺陷和中部缺陷对接头对中单向拉伸强度的不同影响。研究结果表明:无论是全灌浆套筒还是半灌浆套筒,对于保证接头外钢筋拉断破坏的近似最大缺陷长度,中部缺陷最大长度约为端部缺陷最大长度的50. 0%～66. 7%,中部缺陷对接头性能的不利影响更大。研究结果为评估中部缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头受力性能的影响提供了依据。     

套筒灌浆缺陷整治预制混凝土柱抗震性能的试验研究

针对预制混凝土柱套筒灌浆缺陷进行了缺陷整治前后抗震性能的试验研究。共设计了9根预制混凝土柱试件,采用直接补灌法和破型修复法对预制混凝土柱试件的套筒灌浆缺陷进行整治,并开展了低周往复对比试验研究,分析了套筒灌浆缺陷整治前后各预制混凝土柱试件的破坏模式、滞回特性、承载力、延性和耗能能力等抗震性能的变化规律。结果表明,预制混凝土柱试件有柱底截面破坏和套筒顶截面破坏两种破坏模式,套筒灌浆缺陷整治后预制混凝土柱试件的破坏模式与套筒灌浆无缺陷预制混凝土柱试件相同,均发生柱底截面破坏。带套筒灌浆缺陷预制混凝土柱试件缺陷整治后的正向峰值荷载较缺陷整治前提高了19%～62%,破坏点位移提高了11%～50%,累积总耗能值提高了48%～157%。带套筒灌浆缺陷预制混凝土柱试件整治后的滞回特性、承载力、延性与耗能能力等均基本恢复至套筒灌浆无缺陷预制混凝土柱试件的水平。推荐的直接补灌法简单有效、操作方便,可在实际工程中推广应用。     

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。     

端部缺陷对钢筋套简灌浆连接接头力学性能的影响研究

套筒灌浆连接是装配式建筑当中非常重要的节点连接技术,由于施工人员水平参差不齐,在进行灌浆作业时容易出现漏浆、灌浆不饱满等质量问题,从而对建筑结构造成安全隐患,成为装配式建筑发展的“软肋”。通过研究发现端部缺陷相比其他缺陷形式对套筒灌浆的性能影响最大。本文结合已有试验数据,采用有限元分析软件建立套筒灌浆模型,对已有的套筒灌浆试件进行校准,再通过改变模型参数,研究端部缺陷对不同直径钢筋的套筒灌浆连接受力性能的影响。结果表明,当端部缺陷长度大于钢筋锚固长度(8d)的40%时,节点的破坏形式将为钢筋拔出,节点拉伸强度不符合要求;端部缺陷对套筒灌浆连接弹性阶段的影响较小,端部缺陷越大的试件,钢筋与灌浆料之间的滑移越大。研究结果可为套筒灌浆质量评估提供依据。     

灌浆缺陷对接头高应力反复拉压和大变形反复拉压性能影响的试验研究

针对12组36个适用20mm钢筋直径的套筒接头试件,通过对中单向拉伸试验、高应力反复拉压试验和大变形反复拉压试验,研究了灌浆缺陷及补灌处理对套筒接头受力性能的影响。研究结果表明：端部灌浆缺陷长度不超过钢筋锚固长度8d(d为钢筋直径)的20%时,缺陷对套筒接头的单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压性能均没有明显不利影响;注射补灌技术具有可靠性,可用于灌浆缺陷处理;套筒中部钻孔直径不超过12mm时,钻孔不会影响套筒接头的单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压性能。     

施工缺陷对半灌浆套筒连接件性能的影响

为研究不同类型施工缺陷对半灌浆套筒连接件承载力与黏结强度的影响,模拟实际工程中常见施工缺陷形式,制作52个半灌浆套筒连接件进行单轴拉伸试验。研究结果表明,灌浆饱满连接件极限强度与母材钢筋相当;中部缺陷连接件由于提前失效,导致相对滑移位移减小;在缺陷长度相同的情况下,分布缺陷连接件承载能力最差,极限承载力随着缺陷数量的增加逐渐降低;锚固长度不足连接件与顶部缺陷连接件试验结果较相似;钢筋偏置会降低连接件极限承载力与变形能力。     

考虑偏心误差的灌浆连接段受弯承载力研究

为研究偏心误差对海上风机灌浆连接段受弯性能的影响,完成了3根灌浆连接段四点弯曲静力加载试验,对比竖向荷载-挠度曲线、纵向应变分布等。同时采用ABAQUS进行有限元数值分析,通过比较破坏形态,荷载-位移曲线,验证模型的合理性。研究结果表明,在纯弯矩作用下,灌浆连接段最终破坏模式为套管受弯破坏并伴随局部屈曲,试件受拉侧浆体端部出现径向裂缝,同时还观察到浆体与钢管接触面张开。对该连接段进行有限元参数分析,考察灌浆材料强度、钢管材料屈服强度、偏心距和套管厚度对其受力性能的影响。试验与数值分析结果均表明在现有偏心距范围内,偏心误差对灌浆连接段受弯承载力影响有限。而钢管屈服强度和套管厚度会显著影响连接段的荷载-位移曲线。钢管屈服强度的增加会显著提高其承载力,而随着套管厚度的增加,破坏模式转为桩管受弯破坏,承载力小幅增长。     

X射线检测套筒灌浆试件内部缺陷试验研究

钢筋灌浆套筒连接是装配式混凝土结构节点的主要连接方式,灌浆料的密实度是影响节点受力性能的关键因素。采用Y.MU2000-D型X射线试验机,对不同规格的灌浆套筒试件进行了缺陷检测研究,选择了合适的管电流和管电压,X射线技术能够识别试件中厚度1 mm的灌浆缺陷。根据X射线工作原理,提供了缺陷尺寸的计算方法,这项技术可用于套筒平行试件内部灌浆质量的验收。     

套筒灌浆缺陷对装配式混凝土柱抗震性能影响的试验研究

为研究套筒内部的灌浆缺陷对装配式构件抗震性能的影响,完成4个剪跨比为5、轴压比为0.3的装配式混凝土柱的拟静力试验。试件BM-01灌浆饱满作为对比试件,试件QX-01~03分别减少1根、2根和3根纵筋与灌浆料锚固长度的50%以模拟灌浆缺陷(每个试件共8根纵筋)。试验结果表明,试件BM-01钢筋与灌浆料黏结良好;荷载-位移滞回曲线饱满且正负方向对称,耗能性能良好。缺陷试件破坏时在柱底坐浆层形成主水平裂缝;钢筋与灌浆料间产生滑移;随灌浆缺陷的增加,荷载-位移滞回曲线的捏缩效应和不对称性越发明显。灌浆缺陷导致试件承载力和延性性能的降低,缺陷试件负方向(灌浆缺陷套筒受拉)的峰值荷载和极限荷载为饱满试件相应值的70%~90%;灌浆缺陷最大的试件QX-03延性系数仅为饱满试件BM-01的58%。随着灌浆缺陷和水平位移的增大,缺陷试件的刚度和耗能性能相对于饱满试件加速下降。在层间位移角θ=1/50时,缺陷试件的刚度约为饱满试件BM-01的70%~90%;耗能为饱满试件BM-01的75%~95%。     

钢筋套筒灌浆接缝受剪性能试验研究

钢筋套筒灌浆接缝是装配整体式混凝土结构中关键的传力部位。进行了10个钢筋套筒灌浆接缝试件的单调加载直剪试验,其中试件的结合面包括露骨料粗糙面和键槽面,接缝厚度包括15、30mm和50mm,并与新旧混凝土结合面试件进行对比,研究了灌浆接缝的破坏特征与受剪承载力、剪力-滑移关系等受剪性能,分析了预制构件结合面做法及接缝厚度对试件受剪承载力的影响。结果表明：灌浆接缝先从下部构件结合面开裂,且达到第一峰值荷载时,灌浆层中部斜裂缝与两侧结合面裂缝贯通,而键槽根部会被剪断;灌浆试件的荷载-滑移曲线大致呈四段折线,且达到第一峰值荷载时,接缝滑移量较小;在其他条件相同的情况下,灌浆接缝试件的受剪承载力比新旧混凝土结合面试件的偏低,二者比值平均为0.86;键槽面试件的受剪承载力比粗糙面试件的偏高,二者比值平均为1.18;接缝厚度较大的试件受剪承载力较小。通过分析灌浆接缝的受剪机理,并在扩展摩擦抗剪模型(ESF)的基础上,提出了考虑接缝厚度的灌浆接缝受剪承载力计算方法和剪力-滑移模型。按该方法计算的灌浆接缝受剪承载力与试验值之比平均为0.75,具有一定的安全度,且剪力-滑移模型与试验结果符合较好。     

高应力反复拉压作用下堆焊成型套筒灌浆连接性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接在高应力反复拉压作用下的受力性能及工作机理,采用堆焊成型套筒及开槽钢筋设计制作了 4个接头试件,对其进行高应力反复拉压试验和单向拉伸对比试验.结果表明:接头试件在20次高应力反复拉压后残余变形约为0.1 mm,接头具有较为稳定可靠的使用性能;高应力反复拉压作用对接头的破坏形态和承载力基本无影响,对...     

考虑端部缺陷的装配式建筑灌浆套筒力学特性研究

为解决装配式建筑构件节点连接施工时存在端部灌浆缺陷的受力性能问题，以肯尼亚内罗毕CBK基金大楼项目为研究背景，考虑全灌浆钢筋套筒端部存在灌浆缺陷对连接性能的影响，运用室内试验的方法，设计了6种不同工况进行了轴向拉伸试验，研究了钢筋直径、锚固长度和加载速率对极限承载力的影响。研究结果表明，试件的荷载-位移曲线均经历3个阶段，即加载初期的荷载线性增长阶段（Ⅰ阶段）、荷载非线性增加阶段（Ⅱ阶段）、荷载线性减低阶段（Ⅲ阶段），锚固长度减小会导致Ⅱ阶段缩短；随着锚固长度、钢筋直径的减小，加载速率的增加，灌浆套筒试件的极限强度不断降低，这3个因素对灌浆套筒的力学特性具有显著影响；相比于无端部缺陷的荷载位移曲线，存在端部缺陷时，同一工况下灌浆套筒试件的极限荷载会降低，表明存在端部缺陷时会加剧极限强度折减的不利影响。