钢管灌浆套筒连接受拉性能探讨

张延祥，林 峰，马国勇，林文鑫，潘 晔

福建建工集团有限责任公司，福建 福州 350001

0 引言

钢管灌浆套筒连接分为全灌浆接头、半灌浆接头两种形式，具体应用哪种方式，需要结合建筑工程实际。现阶段，国内外对钢管灌浆套筒连接受拉性能的研究，主要是针对大直径的钢管，因此，有关人员，在钢管灌浆套筒连接受拉性能研究上，需要进一步扩大研究范围，促进灌浆套筒的抗破坏能力。

1 套筒连接组成的基本要求

（1）连接。钢管套筒，是指在金属套筒中，插入单根钢筋，同时注入钢筋料拌合物，进而提升钢筋的连接性。国外部分研究人员，提出钢管灌浆套筒连接接头的受拉性，要保证在钢筋屈服强度的130%～140%；我国制定的《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》中指出，套筒连接接头的受拉性强度，不可小于钢筋抗拉强度的标准值。

（2）套筒。钢管灌浆套筒，一般采用的是铸造工艺、机械加工工艺等，采用的钢材材料为球墨铸铁、合金结构钢等。普通的套筒（如图1 所示）。通过机械加工后，保证套筒外表光滑、内部无凸纹现象，从根本上保证套筒的使用性能［1］。实践研究中发现，当套筒厚度在5mm 左右时，套筒的受拉应力较小，难以满足钢筋屈服强度标准；部分研究人员，通过实验验证得出，套筒厚度，与筒壁的横纵方向有关，同时，有研究人员发现，小直径的套筒连接强度更高，通过增加套筒长度，能够进一步提升套筒受拉连接点的黏结强度，套筒材料整体的利用率较高。

（3）套筒灌浆料。在套筒灌浆环节，灌浆的基本原料为水泥，施工人员，在具体进行水泥浆配制过程中，可以加入细骨料，严格控制水泥浆的材料的配比度，保持浆液的流动性、微膨胀性，确保水泥浆调配合格后，灌注到套筒，作为钢筋连接的灌浆料。有关人员，在具体探索过程中发现，“早强”、“快硬”、“自密性高”的灌浆料，其抗压强度更好，强化钢筋荷载传递效果。

图1 普通套筒图

2 分析钢管灌浆套筒连接受拉性能

2.1 钢管灌浆套筒初始应力分析

（1）基本假设。钢管灌浆料的流动性较大，浆料中参合的成分，分布较为均匀，在具体探讨钢管灌浆套筒初始应力分析过程中，由于钢管的材质因素，可以假定钢材材料初始应力、弹性、小变形假设需求［2］。一方面，钢管灌浆套筒连接轴长度较长，灌浆料与钢筋套筒的应力需要满足对称标准。

（2）不同锚固长度连接承载力试验。试验整个过程就锚固拉伸情况进行分析探讨，通过具体试验观察发现，荷载位移曲线呈上升趋势，在实验进行1min 时，听到钢筋套筒内部的锚固钢筋与灌浆料裂开，并伴随屈服强度的增大，套筒内部的声音持续增大，试件出现断裂的现象，试件裂纹更多，试验人员发现，钢管灌浆套筒连接试件的应力趋于平缓，当试件应力曲线呈现下降趋势时，钢管灌浆套筒连接试件被损坏。

（3）钢管灌浆套筒连接受拉破坏模式分析。当钢管灌浆套筒连接受拉失效时，需要充分考虑材料与套筒之间的关系，确保钢筋与套筒之间的粘结强度，确保提升的受拉荷载能力，减少钢管与套筒之间的相对位移偏差。在具体研究中发现，钢筋的横肋斜面，受垂直表面的合力影响，在横向作用下，灌浆料的挤压，沿着钢筋横肋长度方向汇成剪切面，在挤压作用下，灌浆料的膨胀度，受钢管套筒的制约；纵向进行分量时，需要依托灌浆料与钢筋的粘结强度进行均衡，当受拉的荷载增加的情况下，灌浆料与钢筋之间产生一定的位移，加剧灌浆料与钢筋粘结性失效，影响使用效果。通常，在荷载力传递过程中，套筒内的钢筋在压力作用下，受到灌浆料的挤压，钢筋在灌浆料包裹下，避免了钢筋在筒内被拉断的现象，降低失效现象的发生几率。

2.2 钢管灌浆套筒连接受拉性能试验

（1）试验概况。有关人员就钢管灌浆套筒连接受拉性能进行研究分析，在试验中，设计了10 组30 个钢管灌浆套筒连接试件，并选择具有对称点的钢管混凝土柱节点单元，确保更好制作和加载试件；同时，保证试件外形、尺寸等条件相同。套筒的长度在350mm、套筒外径在130mm、筒壁厚度在10mm、筒壁内侧的堆焊高度为3mm、间距为25mm 的抗剪键；钢管的长度在300mm、外径在95mm、钢管壁厚度在10mm、钢管外侧的堆焊高度在3mm、间距为20 的抗剪键。其中抗剪键堆焊牢固可靠，满足试验要求。试验中，要具体分析各个试件的参数，包括灌注浆强度、套筒连接长度等；有关人员，充分考虑试验偏差的前提下，选取4 个试件指标，分别进行编号处理。各试件主要参数变化可参照（表1）所示，不同试件长度灌浆灌浆情况（如表23 所示）：

表1 试件主要参数变化表

（2）实验装置。钢管灌浆套筒连接性能试验，需要建立在液压试验机上进行，首先进行单向抗拉试验，将试件固定在加载架上，钢筋荷载力，通过钢管灌浆套筒连接件进行传递，并逐步将压力转化为钢管与套筒之间的拉力。有关人员在，在具体操作过程中，严格按照《钢筋机械连接技术规程》进行操作。

表2 不同试件长度灌浆强度

（3）试验结果。通过钢管灌浆套筒连接性能试验分析，发现钢管、套筒未发生明显的变形、弯曲现象，位移偏差较小，当超过钢筋构件的承载力水平时，钢管、套筒之间，存在一定的滑移现象，有关人员，在试验中待到受拉连接点承载力下降到稳定值时，将钢管拔除，进而降低试件对灌浆套筒的破坏。研究人员，通过对影响承载力因素的分析，发现提升灌浆料强度的同时，试件的承载力水平随之提升，当灌浆料强度为75MPa，试件的承载力提高了29.8%；当灌浆料强度为86MPa，试件的承载力提高了30.5%。基于灌浆料强度与套筒连接长度直接关系到试件的承载力水平，因此，通过分析得出，抗剪面强度增大的情况下，极限荷载值也随之增加。

3 结论

综上所述，通过探讨钢管灌浆套筒连接受拉性能的分析，发现钢管套筒壁厚约束了灌浆料的作用，如筒壁厚度未满足连接强度需求时，套筒外的钢筋处，容易产生损坏。基于荷载力增大的情况下，钢管灌浆套筒连接段的向应力逐渐增大，为一进步提升钢管灌浆套筒连接性能，有关人员仍需要加大力学性能的探索。