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钢筋套筒灌浆连接接头的力学性能

发布者:钢筋套筒 发布时间:2019-03-25 09:25 浏览次数:0

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  1 灌浆套筒的约束机理

  与绑扎连接、机械连接等机械连接方式不同,钢筋套筒灌浆连接接头是依靠材料间的粘结作用来实现有效传力的。钢筋与灌浆料的粘结作用主要由3部分组成:

  (1)钢筋与灌浆料接触面上的粘附力f1;

  (2)灌浆料握裹钢筋而产生表面摩擦力f2;

  (3)钢筋横肋与灌浆料之间的机械咬合力f3。

  其中起主要作用的是横肋与灌浆料间形成的咬合力。传力途径可概括为:钢筋→灌浆料→套筒→灌浆料→另外一根钢筋。当钢筋受拉时,拉力通过钢筋与灌浆料间的粘结作用传递给灌浆料,灌浆料再通过其与套筒内壁的粘结作用传递给套筒,如图2所示。

  


  (a)纵剖面 (b)横剖面

  图2 灌浆套筒的工作机理

  套筒在整个接头的传力过程中起着关键作用,一方面它可以直接承受钢筋通过灌浆料传来的轴向力;另一方面套筒和套筒外混凝土为灌浆料提供有效的侧向约束力,增强灌浆料与钢筋间粘结作用。当连接接头受到拉力时,通常套筒会分担更多的轴向力,而接头在传递压力时能更好发挥灌浆料的材料特性。套筒在轴向力作用下产生轴向应力,灌浆料劈裂膨胀引起的套筒环向应力比较小,一般可忽略环向应力。

  2 钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形式

  钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形式主要有以下5种情况:

  (1)套筒外钢筋被拉断,这是达到连接有效性的最基本要求;

  (2)钢筋拔出破坏,这是因为钢筋与灌浆料之间粘结力不足;

  (3)灌浆料劈裂破坏,主要是由于灌浆料强度不足造成;

  (4)灌浆料拔出破坏,这种破坏是因为灌浆料与套筒之间的粘结强度不足;

  (5)套筒被拉断,由于套筒强度不足造成。

  为保证接头的有效性,套筒外钢筋被拉断应先于其他破坏形式发生。套筒的强度等级和壁厚尺寸是保证套筒不被拉断的关键因素,钢筋在套筒内要具有合理的锚固长度。灌浆料的强度和膨胀率对接头受力起重要作用,灌浆料应具有足够强度以防劈裂破坏,膨胀性则可以弥补浆体硬化过程的体积收缩,增强粘结作用。此外,套筒内壁上设置一定数量的剪力键可阻止灌浆料被拔出。

  套筒外钢筋被拉断是套筒失效的典型形式(下文将分析这一失效过程的破坏机理)。灌浆料在凝结硬化过程中因体积膨胀受套筒约束而产生压应力。当受到拉力时,钢筋通过粘结作用传递给灌浆料,使钢筋灌浆料结合区的初始压应力逐渐减小并发展为拉应力。当荷载继续加大,钢筋的“锥楔” 作用明显,产生径向和轴向的分力。钢筋肋前受压区混凝土压应力增大,背面拉应力也增大。当拉应力超过灌浆料的抗拉强度时,开始出现环向劈裂裂缝。裂缝会沿斜向发展,一般指向套筒内壁的剪力键处。随着荷载的不断增大,出现裂缝的肋部会向内发展,而裂缝宽度逐肋减小,如图3所示。这样在结合面开裂区形成一段横肋与混凝土之间的机械咬合齿段,未开裂区可视为粘结强度的富余区。钢筋在这一过程中经历了弹性、屈服及强化阶段。钢筋屈服后,机械咬合齿段基本不再发展,继续加大拉力钢筋达到强度极限被拉断。

  


  图3 钢筋与混凝土的机械咬合作用

  3 钢筋套筒灌浆连接接头的相关规范和检验方法

  钢筋套筒灌浆连接接头的强度和变形是考察接头性能的关键性指标,目前世界上很多国家都对其作出了相关规定。美国钢筋机械连接试验标准(ASTM A1034)对机械连接接头的性能要求和试验方法给出了规定,结构混凝土建筑规范(ACI 318)中要求接头的抗拉强度应不小于125% 钢筋屈服强度标准值。美国统一建筑标准(UBC-97)中还规定type2型接头不能小于0.95倍的钢筋抗拉强度。主要的试验方法有单向拉伸试验,反复拉压试验、滑移试验、疲劳试验等。

  我国的《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107-2010)和《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ355-2015)也作出了相关规定,接头的实测抗拉强度应大于钢筋抗拉强度标准值,残余变形不大于0.1,最大力下的总伸长率不小于6%。由于连接部位的钢筋通常在同一连接区段内100%连接,并且竖向承重构件连接区域通常位于箍筋加密区,JGJ355-2015对I级接头的性能要求更高,规定在钢筋非断裂破坏时接头的抗拉强度应大于钢筋抗拉强度标准值的1.15倍。


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