钢管混凝土灌浆套筒连接装置设计

摘要：钢管混凝土结构体系的整体性能受到节点连接的直接影响和决定，钢管混凝土节点连接的设计起着非常关键的作用。为解决现有钢管混凝土结构连接方法存在的问题，提出了一种新型的连接方法，钢管混凝土灌浆套筒连接方法，并详细说明了灌浆套筒连接装置的构成、施工方法和应用的范围。此灌浆套筒连接装置具有施工简单、承载力高等特点，并且传力明确、安全可靠，为钢管混凝土的推广应用提供了理论依据。

关键词：钢管混凝土；灌浆套筒；连接装置

中图分类号： TU39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

具有承载力高、延性好等优点的钢管混凝土结构，近年来在实际工程施工中应用越来越广泛，对其理论和试验研究也随之增多[1，2]。钢管混凝土结构的节点连接目前主要采用法兰连接或者焊接连接。而采用法兰连接或焊接容易导致接口缝隙或遭受腐蚀，连接安全性差，同时需要高精度加工的钢管混凝土连接器件，造价成本较高[3]。钢管混凝土节点的连接过程中存在很大问题，在一定程度上给其在实际的施工推广应用造成很大影响。因此，解决钢管混凝土节点连接出现的问题，设计一些受施工简单、安全可靠的钢管混凝土节点连接装置，将会使钢管混凝土结构的应用更加广泛[4]。

1.设计原理

钢管混凝土的外部套筒使套筒内部的混凝土受到三个方向的受力，使鋼管混凝土的极限承载力大大提高，并且使其延性得到改善，极限压缩应变有所提高，很大程度上提高了混凝土的工作性能。R.Park.andT.Paulay做了与圆柱体在三向受压作用下相关的的应力应变曲线，如图1所示，可以看出压力的不断加大，试件的强度和延性都有了显著的增强。

加载开始阶段，套筒钢管混凝土的应力应变曲线程直线，基本处于弹性阶段，钢管和混凝土的应力都比较小。对于泊松比而言，由于混凝土比钢材小，使得外部钢管的环向变形相对混凝土较大，如果钢管内部混凝土强度高与钢管的粘结好，将使核心混凝土径向受拉变小。当施加的荷载逐渐变大，套筒钢管混凝土受到的的轴向应力也逐渐变大，应变增长较快，应力应变曲线形状也随之发生变化。当核心混凝土的环向变形大于钢管时，混凝土即受到了被动侧压力的作用，使外部钢管同时受纵向压应力和均匀的切向拉应力。

随着施加荷载的增大，钢管混凝土的纵向应变的增长速度加快，钢管本身的纵向压应力减小，切向拉应力逐渐变大。即使减小了钢管的纵向承载力，由于切向应力的存在使核心混凝土的约束力得到了显著的提高，很大程度上加大钢管内部混凝土的三轴抗压强度。钢管混凝土的极限轴力通过其达到承载力极限值时测得。应力应变曲线随着混凝土所受到的纵向应力的增加逐渐下降。最终，钢管局部出现很明显的鼓凸破坏。

2.灌浆套筒连接装置构造设计

钢管混凝土在施工方面应用广泛，灌浆套筒链接装置的设计解决了节点连接问题，为钢管混凝土的连接提供了安全可靠的连接方式，使钢管混凝土的连接更加牢固，加强节点位置的受力性能，同时为现场施工作的钢管混凝土连接提供参考。

钢管混凝土灌浆套筒连接装置主要由外部套筒、连接套筒的底板、加劲肋板和套筒凸齿组成。外部套筒由一段无缝圆形钢管组成，套筒底板是一个具圆形的环形钢板，中间开口，与下部钢管焊接；加劲肋板，焊接在套筒底板上表面与套筒连接位置处，由4块三角形小钢板组成；在套筒内部的上沿口焊接一个环形钢筋圈构成了连接装置的套筒凸齿。

钢管混凝土灌浆套筒连接装置的施工方法简单，安装便捷，其具体的施工顺序为：（1）以钢管混凝土外部方钢管的具体尺寸和连接所需的强度为依据，在工厂分别加工制作连接套筒、套筒底板、加劲肋板及套筒凸齿各个组成部分；（2）将钢管混凝土连接装置的各部分组成构件分别按照要求组装装焊接在一起。在套筒的下沿口位置内部焊接套筒底板，避免套筒与套筒底板连接不牢固，在外部套筒和下部底板的连接位置处焊接三角形加劲肋板，再焊接套筒凸齿，钢管混凝土灌浆套筒连接装置制作完成；（3）在工地的施工场地施工时，吊装灌浆套筒连接装置上部的钢管，放在连接套筒内部，调整位置后临时固定，并在竖直和水平上找平；（4）找平结束后将微膨胀高强灌浆料灌入套筒内部与钢管的缝隙内部，等灌浆料强度达到要求，撤去临时支撑即完成了上下钢管的固定与连接；（5）为防止钢管底部浇筑混凝土时存留空气，向固定连接好的钢管内部应用导管浇注混凝土，并及时按规定的要求定期养护，既完成钢管混凝土的施工。

3.应用范围

与目前存在的钢管混凝土连接方法相比，本钢管混凝土灌浆套筒连接装置的最大特点是：以被连接钢管规格大小和连接时所需的强度为依据，可以预先设计组成钢管混凝土灌浆套筒连接装置的套筒、套筒底板、加劲肋板和套筒凸齿各部分构件，在加工工厂制作，然后按照钢管混凝土连接装置图纸分别对各部分构件组装成，在施工现场施工时只需在连接套筒装置内部灌入高强灌浆料。钢管混凝土灌浆套筒连接装置具有连接可靠、施工简单、适宜各种环境施工等优点，可用于预制钢管混凝土边框剪力墙结构体系中，以及土木工程施工过程中涉及到的钢管连接问题。本钢管混凝土灌浆套筒连接装置具有良好的延性，受力明确，避免了法兰连接和焊接连接等方法时出现的许多问题，应用范围涉及面广，具有良好的实用效果。

4.结论

近年来国内外众研究人员对于钢管混凝土的连接问题进行了许多的研究，但是现在的研究还存在着许多问题，如技术不够硬，连接方法复杂，连接装置的传力不明确，节点形式没有统一规范，很大程度上限制了钢管混凝土结构体系的应用。钢管混凝土灌浆套筒连接装置设计理论充足，施工简单快捷，受力合理，对钢管混凝土节点的连接方法设计提供参考，使钢管混凝土结构体系的应用得到推广。

参考文献

[1]任宏伟， 陈建伟， 苏幼坡. 钢管混凝土柱节点机械连接设计及其力学性能试验研究[J]. 世界地震工程， 2013， 29（4）：119-125.

[2] 韩瑞龙，施卫星，周洋.灌浆套筒连接技术及其应用[J].建筑结构，2015，35（8）：73-75，84.

[3]赵媛媛，蒋首超.灌浆套管节点技术研究概况[J].工业建筑，2014，39：514-517.

[4] 过镇海.多轴应力作用下混凝土的强度和破坏准则的研究[J]. 土木工程学报， 2014， 24：1-14.