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。     

采用UHPC灌浆材料大口径全灌浆#br# 连接套筒接头的性能研究

装配式结构的薄弱环节在于连接接头,采用套筒连接时,常见问题包括多个套筒灌浆时套筒难以同时灌满、空腔以及注浆完成后的回流、灌浆料强度与收缩等灌注质量难以控制、预制构件底部预留分腔的密封性不好。为降低这些问题导致的节点连接薄弱风险,文章提出使用含有钢纤维、超细石英砂的超高性能混凝土UHPC(Ultra high Performance Concrete)灌浆材料,通过重力式灌浆来进行钢筋与套筒的全断面连接,该方法提高施工安全性,保证浇筑质量可视化。通过57个大口径全灌浆套筒重力灌浆连接接头的单向拉伸试验,改变钢筋直径d、锚固长度la及灌浆料种类,研究连接方式的可行性。结果表明：试件符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355—2015)和《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107—2016)中Ⅰ级接头要求;拉伸过程中套筒始终处于弹性阶段,满足强度要求,有较高安全储备,重力式灌浆连接方式可行;由于钢纤维的桥接作用使灌浆料抗劈裂性能增强,采用含有钢纤维的UHPC灌浆料能进一步提高钢筋与灌浆料的黏结强度,减小钢筋的锚固长度。钢筋断裂破坏时临界锚固长度建议值为5.5d,较《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》要求的8d降低31.25%。     

采用UHPC灌浆材料大口径全灌浆连接套筒接头的性能研究

装配式结构的薄弱环节在于连接接头,采用套筒连接时,常见问题包括多个套筒灌浆时套筒难以同时灌满、空腔以及注浆完成后的回流、灌浆料强度与收缩等灌注质量难以控制、预制构件底部预留分腔的密封性不好。为降低这些问题导致的节点连接薄弱风险,文章提出使用含有钢纤维、超细石英砂的超高性能混凝土UHPC(Ultra-high Performance Concrete)灌浆材料,通过重力式灌浆来进行钢筋与套筒的全断面连接,该方法提高施工安全性,保证浇筑质量可视化。通过57个大口径全灌浆套筒重力灌浆连接接头的单向拉伸试验,改变钢筋直径d、锚固长度l_a及灌浆料种类,研究连接方式的可行性。结果表明:试件符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355—2015)和《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107—2016)中Ⅰ级接头要求;拉伸过程中套筒始终处于弹性阶段,满足强度要求,有较高安全储备,重力式灌浆连接方式可行;由于钢纤维的桥接作用使灌浆料抗劈裂性能增强,采用含有钢纤维的UHPC灌浆料能进一步提高钢筋与灌浆料的黏结强度,减小钢筋的锚固长度。钢筋断裂破坏时临界锚固长度建议值为5.5d,较《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》要求的8d降低31.25%。     

聚乙烯醇纤维水泥基灌浆套筒接头承载性能的研究

通过对6个中心拉拔试件和27个灌浆套筒接头试件的单向拉伸试验,分析聚乙烯醇(PVA)纤维、钢筋锚固长度以及有无约束对灌浆套筒接头受力性能的影响.结果表明:PVA纤维能够提高无约束状态钢筋与灌浆料的黏结强度,对套筒约束状态接头连接性能影响不明显.增加钢筋锚固长度,接头连接刚度越大,荷载滑移曲线发展越平稳.当灌浆料强度达到...     

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%。     

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。     

高应力反复拉压作用下钢筋套筒灌浆连接性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接接头在地震作用下的连接性能,提高钢筋套筒连接接头的可靠性,设计并制备了钢筋直径25、28mm的钢筋套筒灌浆连接接头,通过高应力反复拉压试验,研究了钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态、连接性能、循环荷载对灌浆料的损伤情况,以及灌浆套筒应变分布等。试验结果表明：钢筋锚固长度约为8倍钢筋直径时,钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态均为钢筋拉断破坏,其强度可等同于同型号钢筋的抗拉强度,但套筒端部的灌浆料损伤严重,其损伤深度约占套筒总长度的8%,接头的屈服位移明显小于同型号钢筋的屈服位移。高应力循环作用对钢筋套筒灌浆连接接头连接性能影响不明显。采用屈服比、强度比、延性比和承载力能力利用比等指标对不同型号的钢筋套筒灌浆连接接头的连接性能进行评价,结果表明：钢筋套筒灌浆连接接头的屈服比和强度比均大于1,延性比均大于4,但是钢筋直径25mm的钢筋套筒灌浆连接接头的承载能力利用比仅为51%,可对其进行优化以降低接头对构件抗震性能的影响。     

高应力反复拉压作用下钢筋套筒灌浆连接性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接接头在地震作用下的连接性能,提高钢筋套筒连接接头的可靠性,设计并制备了钢筋直径25、28 mm的钢筋套筒灌浆连接接头,通过高应力反复拉压试验,研究了钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态、连接性能、循环荷载对灌浆料的损伤情况,以及灌浆套筒应变分布等。试验结果表明:钢筋锚固长度约为8倍钢筋直径时,钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态均为钢筋拉断破坏,其强度可等同于同型号钢筋的抗拉强度,但套筒端部的灌浆料损伤严重,其损伤深度约占套筒总长度的8%,接头的屈服位移明显小于同型号钢筋的屈服位移。高应力循环作用对钢筋套筒灌浆连接接头连接性能影响不明显。采用屈服比、强度比、延性比和承载力能力利用比等指标对不同型号的钢筋套筒灌浆连接接头的连接性能进行评价,结果表明:钢筋套筒灌浆连接接头的屈服比和强度比均大于1,延性比均大于4,但是钢筋直径25 mm的钢筋套筒灌浆连接接头的承载能力利用比仅为51%,可对其进行优化以降低接头对构件抗震性能的影响。     

变形灌浆套筒连接性能试验研究及有限元分析

为降低预制装配混凝土结构中的钢筋连接成本,采用低合金无缝钢管,通过冷滚压工艺制作了一种新型变形灌浆套筒。通过对9个钢筋连接接头试件进行单调轴向拉伸试验及有限元分析,研究了套筒的连接性能、工作机理及设计方法。结果表明,钢筋锚固长度取6.9~7.5倍连接钢筋直径时,该变型灌浆套筒连接接头的单向拉伸强度能够满足1.1倍钢筋抗拉强度标准值要求;套筒的内腔结构影响套筒的应变分布及约束机理,内壁环肋处的接触压力造成套筒变形段筒壁应力不均匀分布;文中所采用的有限元模型可有效地模拟套筒与灌浆料以及灌浆料与连接钢筋间的相互作用;探讨了变形灌浆套筒的设计方法,并应用该方法设计了不同直径的HRB400级钢筋连接用套筒,其钢筋连接接头满足规范JGJ 107-2010对Ⅰ级接头的强度和变形性能要求。     

500MPa级大直径钢筋套筒全灌浆接头研发

基于钢筋套筒灌浆连接技术相关原理,结合实际工程经验,研发500MPa级Φ36,Φ40钢筋套筒全灌浆接头。设计500MPa级Φ36,Φ40全灌浆套筒,并制作500MPa级Φ40钢筋套筒灌浆接头试件,进行灌浆接头单向拉伸试验。研究结果表明,本设计中全灌浆套筒受力更合理、生产效果更高,且节能环保;接头试件单向拉伸性能满足相关规范要求。研究成果可应用于我国装配式混凝土结构相邻预制构件的钢筋连接。     

组合方形灌浆套筒连接性能试验

针对套筒加工工艺、材料、成本等问题,提出了一种由标准无缝方形钢管与带肋钢筋以及螺旋箍筋通过组合拼装而成的新型组合方形灌浆套筒。利用该组合方形套筒,制作了9个7.5倍～12.5倍直径锚固长度的接头试件,通过轴拉试验对接头拉伸性能和工作机理进行研究。结果表明:所有试件均在接头外钢筋某处断裂,接头抗拉强度与连接钢筋抗拉强度标准值的比值均大于1.10,满足规程JGJ 107—2010中对Ⅰ级接头单向拉伸强度要求,当试件的锚固长度达7.5d(d为连接钢筋直径)即可满足条件; 套筒内腔中四角嵌入的焊接钢筋以及螺旋箍筋对套筒的约束机理和应变分布有重要的影响,嵌入的焊接钢筋能承担接头传过来的部分拉力,从而降低方形钢管表面的应力,同时焊接钢筋表面的横肋能有效增加套筒内壁与灌浆料之间的黏结力; 箍筋能进一步约束灌浆料从而提高接头的整体性; 套筒表面应变基本均匀分布,不会出现因套筒截面加工变形导致应变反转等现象。     

考虑二次补浆影响下钢筋半灌浆铸造套筒灌浆连接性能试验研究北大核心CSCD

为研究半灌浆铸造套筒在二次补浆影响下的钢筋连接性能,对18个半灌浆铸造套筒接头试件进行单轴拉伸试验研究。将二次补浆量和钢筋直径作为主要试验参数,对半灌浆套筒连接接头的失效形式、抗拉性能、套筒外表面应变分布形式以及套筒内灌浆料的损伤深度进行研究。分析结果表明,试件在拉伸荷载作用下的破坏形式均为钢筋被拉断;螺纹与灌浆料交界处是整个套筒轴向应变和环向应变最大的位置;在荷载作用下端部灌浆料具有一定程度的损伤,平均损伤深度约占套筒总长度的7.58%;二次补浆对试件的极限承载能力影响可以忽略。采用屈服比、强度比和延性比三种指标对接头的连接性能进行评价,结果表明,所有试件均满足规范要求,连接性能良好。     

单向拉伸荷载下堆焊成型套筒灌浆连接性能试验研究

为研究套筒灌浆连接的力学性能、工作机理以及套筒内腔构造参数对其力学性能的影响规律,采用堆焊成型套筒及开槽钢筋制作了 21个不同参数的接头试件,并进行单向拉伸试验.结果表明:试验范围内接头试件钢筋临界锚固长度在5d和6d(d为钢筋直径)之间,锚固长度小于临界锚固长度时,钢筋发生刮犁式拔出破坏,大于临界锚固长度时,钢筋发生...     

加载方式和锚固长度对钢筋套筒灌浆连接性能影响试验研究

考虑三种加载方式(重复拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压)与锚固长度(6.5d、7d、8d)对接头连接性能的影响,对40个试件进行拉伸试验,研究其破坏形态、力-位移关系曲线、应变分布等,分析该连接试件的约束机理与灌浆料裂缝开展过程,确定其光滑段与变形段的应力分布及钢筋临界锚固长度。结果表明:试件破坏模式包括钢筋拉断和螺纹端钢筋拔出破坏;循环荷载作用下,接头刚度退化严重;随钢筋锚固长度减小,试件耗能能力减小。套筒表面纵向与环向峰值应变位置和光滑段与变形段的黏结应力分布受钢筋锚固长度影响显著。钢筋直径为12 mm和20 mm的试件临界锚固长度分别为5.42和5.48倍钢筋直径。     

非正常灌浆对钢筋套筒灌浆连接接头受力性能影响的试验研究

通过14组42个钢筋套筒灌浆连接接头试件的单向拉伸试验,研究了水泥净浆替代灌浆料、混凝土净浆(试验中用水泥砂浆模拟)包裹钢筋、使用过期灌浆料、使用高水灰比灌浆料、灌浆时间滞后共5种非正常灌浆对钢筋套筒灌浆连接接头受力性能的不利影响.研究表明:水泥净浆代替灌浆料、水泥砂浆包裹钢筋厚度超过钢筋肋高、灌浆料水灰比达到正常水灰比的1.35倍及以上等异常情况下,钢筋套筒灌浆连接接头试件单向拉伸性能均不能满足《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355-2015)要求;在加载过程中,如果钢筋发生屈服,无论是接头外钢筋被拉断情况,还是钢筋未断情况,均是接头外钢筋发生屈服,接头内钢筋一般不再屈服.基于试验结果,对实际工程用灌浆料及其灌浆工艺提出了具体建议,以期提高装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆的质量.     

采用高强灌浆料的钢筋浆锚搭接连接受力性能试验研究

为研究采用高强灌浆料的钢筋浆锚搭接连接的受力性能,重点考虑了钢筋直径、搭接长度等主要影响参数,完成了16组共96个试件的拉拔试验。试验结果表明,采用高强灌浆料的钢筋浆锚搭接连接的钢筋间接搭接长度不小于0.4 ll时,采用高强灌浆料的浆锚搭接连接的最终破坏形态均为试件端部钢筋屈服或拉断,未发生锚固破坏,采用高强灌浆料的钢筋浆锚搭接连接的钢筋间接搭接长度可确定为0.4 ll。     

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。     

灌浆料强度与灌浆套筒抗拉强度关系试验研究

针对不同灌浆料强度与灌浆套筒抗拉强度的关系进行试验研究,结果表明：当灌浆料强度为40 MPa时套筒接头的破坏形式为钢筋拔出,当灌浆料强度大于50 MPa时套筒接头的破坏形式为钢筋拉断,且当灌浆料强度大于50 MPa时,套筒接头的力学性能基本维持不变。