李向民, 高潤(rùn)東, 張富文, 王卓琳, 肖 順, 許清風(fēng)

(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的主要連接方式。大量實(shí)際工程調(diào)研表明,套筒灌漿存在材料異常、連通腔失效、出漿孔不出漿、套筒內(nèi)漿體回流等問題[1-3],這些問題在一定程度上均可表征為套筒存在不同程度的灌漿缺陷。以全灌漿套筒為例,落入套筒底部的堵塞物隔離了鋼筋和灌漿料的黏結(jié)導(dǎo)致在套筒內(nèi)下段鋼筋錨固段底部形成缺陷;套筒內(nèi)下段鋼筋割短或割斷導(dǎo)致在套筒內(nèi)下段鋼筋錨固段頂部或下段鋼筋全長(zhǎng)度范圍形成缺陷;連通腔失效、出漿孔不出漿、套筒內(nèi)漿體回流導(dǎo)致在套筒內(nèi)上段鋼筋錨固段頂部或直至套筒全長(zhǎng)范圍形成缺陷。課題組前期研發(fā)了套筒灌漿缺陷檢測(cè)方法[4-7]和相應(yīng)的補(bǔ)灌處理方法[8-9],以及灌漿缺陷及補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭對(duì)中單向拉伸性能的影響[8-10]。為更全面反映灌漿缺陷及補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭受力性能的影響,本文擬在前期研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究灌漿缺陷及補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭對(duì)中單向拉伸性能、高應(yīng)力反復(fù)拉壓性能和大變形反復(fù)拉壓性能的影響。另外,有些特殊情況下需要在套筒中部鉆孔進(jìn)行檢測(cè)及補(bǔ)灌處理,本文同時(shí)研究鉆孔對(duì)套筒接頭受力性能的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

采用HRB400E抗震鋼筋,鋼筋直徑為20mm,實(shí)測(cè)鋼筋屈服強(qiáng)度為420MPa,抗拉強(qiáng)度為611MPa,斷后伸長(zhǎng)率為29.7%,最大力下總伸長(zhǎng)率為14.1%。采用球墨鑄鐵全灌漿套筒,本次試驗(yàn)套筒內(nèi)上段和下段鋼筋的錨固長(zhǎng)度均嚴(yán)格控制為鋼筋直徑d的8倍,如圖1所示。采用與套筒相配套的灌漿料,拌合時(shí)水與灌漿料的質(zhì)量比為0.13,初始流動(dòng)度為323mm,30min流動(dòng)度為282mm,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下實(shí)測(cè)1d抗壓強(qiáng)度為36.7MPa,3d抗壓強(qiáng)度為70.4MPa,28d抗壓強(qiáng)度為108.9MPa。

圖1 套筒接頭示意圖

1.2 套筒接頭設(shè)計(jì)

(1)端部灌漿缺陷對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)。為方便實(shí)施,參考文獻(xiàn)[10]在全灌漿套筒內(nèi)下段鋼筋錨固段底部設(shè)置缺陷,通過在鋼筋外套內(nèi)徑大于鋼筋直徑的PVC管精確控制缺陷,PVC管兩端頭通過膠水和鋼筋黏結(jié)在一起,如圖2所示。根據(jù)文獻(xiàn)[10]研究結(jié)果,對(duì)于適用20mm鋼筋直徑的套筒灌漿連接接頭,當(dāng)缺陷長(zhǎng)度不超過套筒內(nèi)下段鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的30%時(shí),接頭對(duì)中單向拉伸強(qiáng)度仍滿足要求?；谝陨涎芯拷Y(jié)果,本次試驗(yàn)設(shè)置缺陷長(zhǎng)度分32mm(相當(dāng)于鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的20%)和48mm(相當(dāng)于鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的30%)兩種。

(2) 補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)。在套筒內(nèi)上段鋼筋錨固段頂部設(shè)置灌漿缺陷長(zhǎng)度為53mm(約相當(dāng)于鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的33%),具體設(shè)置方法為:先在鋼筋上劃線,然后將鋼筋放入套筒內(nèi)并固定,灌漿時(shí)通過在出漿孔放置內(nèi)窺鏡探頭監(jiān)測(cè)漿料液面到達(dá)高度,當(dāng)?shù)竭_(dá)劃線處即停止灌漿,如圖3所示。3d后通過出漿孔對(duì)灌漿缺陷實(shí)施注射補(bǔ)灌[8-9],如圖4所示。

圖3 內(nèi)窺鏡監(jiān)測(cè)漿料液面高度

圖4 通過出漿孔注射補(bǔ)灌

(3) 套筒中部鉆孔對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)。首先保證套筒灌漿飽滿密實(shí),3d后在灌漿套筒上下鋼筋對(duì)接部位(最不安全的部位)鉆孔,鉆孔直徑為12mm,要求鉆透套筒壁直至露出內(nèi)部灌漿料,如圖5所示。

圖5 套筒中部鉆孔

1.3 試驗(yàn)方法

按照《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 355—2015)[11](簡(jiǎn)稱鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程)進(jìn)行套筒接頭試件的對(duì)中單向拉伸試驗(yàn)、高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)和大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)。測(cè)試內(nèi)容包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、殘余變形、最大力下總伸長(zhǎng)率和破壞形態(tài)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 端部灌漿缺陷對(duì)套筒接頭受力性能的影響分析

端部灌漿缺陷對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示,套筒接頭破壞形態(tài)如圖6所示。由表1和圖6可見,對(duì)于20mm直徑的鋼筋套筒灌漿連接接頭,當(dāng)灌漿缺陷長(zhǎng)度為32mm(相當(dāng)于鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的20%)時(shí),套筒接頭對(duì)中單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果、高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果、大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程的規(guī)定;當(dāng)灌漿缺陷長(zhǎng)度為48mm(相當(dāng)于鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的30%)時(shí),套筒接頭對(duì)中單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果和大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程的規(guī)定,但高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)存在鋼筋拉脫現(xiàn)象,不符合鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程要求。綜上可見,當(dāng)端部灌漿缺陷長(zhǎng)度不超過鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的20%時(shí),灌漿缺陷對(duì)套筒接頭的受力性能(包括單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓和大變形反復(fù)拉壓)沒有明顯不利影響。

表1 端部灌漿缺陷對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

圖6 端部灌漿缺陷套筒接頭的破壞形態(tài)

2.2 補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭受力性能的影響分析

補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示,套筒接頭破壞形態(tài)如圖7所示。由表2和圖7可見,對(duì)于20mm直徑的鋼筋套筒灌漿連接接頭,當(dāng)灌漿缺陷為53mm(約相當(dāng)于鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的33%)時(shí),通過出漿孔對(duì)灌漿缺陷實(shí)施注射補(bǔ)灌后,套筒接頭對(duì)中單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果、高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果、大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程的規(guī)定,全面證實(shí)了注射補(bǔ)灌技術(shù)的可靠性。

表2 補(bǔ)灌處理對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

圖7 補(bǔ)灌處理套筒接頭的破壞形態(tài)

2.3 套筒中部鉆孔對(duì)套筒接頭受力性能的影響分析

套筒中部鉆孔對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示,套筒接頭破壞形態(tài)如圖8所示。由表3和圖8可見,對(duì)于20mm直徑的鋼筋套筒灌漿連接接頭,在灌漿飽滿密實(shí)情況下,在套筒上下鋼筋對(duì)接部位鉆直徑為12mm的小孔時(shí),套筒接頭對(duì)中單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果、高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果、大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程的規(guī)定。綜上可見,當(dāng)鉆孔直徑不超過12mm時(shí),鉆孔不會(huì)影響套筒接頭的受力性能(包括單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓和大變形反復(fù)拉壓)。

表3 套筒中部鉆孔對(duì)套筒接頭受力性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

圖8 中部鉆孔套筒接頭的破壞形態(tài)

3 結(jié)論

(1) 當(dāng)套筒接頭端部灌漿缺陷長(zhǎng)度不超過鋼筋錨固長(zhǎng)度8d的20%時(shí),灌漿缺陷對(duì)套筒接頭的單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓和大變形反復(fù)拉壓等受力性能均沒有明顯不利影響。

(2) 對(duì)套筒灌漿缺陷實(shí)施注射補(bǔ)灌處理后,套筒接頭的單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓和大變形反復(fù)拉壓等受力性能均滿足鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用規(guī)程的要求,證實(shí)了注射補(bǔ)灌技術(shù)的可靠性和有效性。

(3) 當(dāng)套筒管壁鉆孔直徑不超過12mm時(shí),鉆孔不會(huì)明顯影響套筒接頭的單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓和大變形反復(fù)拉壓等受力性能。