預(yù)制柱上套筒灌漿連接的試驗(yàn)研究及平行試件驗(yàn)證

陳春暉，徐其功，李 娜，黃海斌

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510010）

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接是裝配式結(jié)構(gòu)的重要連接方式，灌漿質(zhì)量的好壞對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性影響非常大，連接接頭的質(zhì)量及傳力性能是影響裝配式結(jié)構(gòu)受力性能的關(guān)鍵［1，2］。針對(duì)業(yè)界對(duì)灌漿套筒質(zhì)量的擔(dān)憂，課題組用亞克力模型模擬柱進(jìn)行上套筒灌漿連接的試驗(yàn)研究。

近年來(lái)，許多科研工作者針對(duì)套筒灌漿密實(shí)度的無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行了大量研究。基于X 射線工業(yè)CT技術(shù)的套筒灌漿飽滿度檢測(cè)技術(shù)［3］，檢測(cè)儀器龐大，適用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體情況；預(yù)埋傳感器法［4］必須提前在每個(gè)出漿口預(yù)埋傳感器，費(fèi)用不菲，不適合一般項(xiàng)目；基于預(yù)埋鋼絲拉拔法的套筒灌漿飽滿度檢測(cè)技術(shù)［5］很難在施工現(xiàn)場(chǎng)保證不擾動(dòng)破壞；基于便攜式X 射線技術(shù)的套筒灌漿飽滿度檢測(cè)技術(shù)［6］，適用剪力墻灌漿飽滿度測(cè)試，但是輻射較大，也不適合工地檢測(cè)。以上方法均存在一定的局限性，目前尚無(wú)成熟的檢驗(yàn)方法可以在混凝土外直接探測(cè)柱內(nèi)套筒中灌漿是否達(dá)到密實(shí)。

現(xiàn)行規(guī)范［7-9］中灌漿飽滿度只能靠檢查施工記錄來(lái)驗(yàn)收，同時(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)條件制作平行加工試件進(jìn)行檢驗(yàn)。這種平行加工試件的灌漿飽滿度也并不能代替柱內(nèi)套筒灌漿飽滿度。

為了更直接地檢測(cè)柱內(nèi)套筒連接的質(zhì)量，課題組研發(fā)了一種與構(gòu)件內(nèi)的套筒直接相連的平行試件檢測(cè)法。在構(gòu)件外部設(shè)置1 個(gè)灌漿套筒平行試件，平行試件的規(guī)格、型號(hào)及標(biāo)高與構(gòu)件內(nèi)部的灌漿套筒相同，并且內(nèi)外灌漿套筒的灌漿孔相聯(lián)通的。現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行灌漿施工，設(shè)置在構(gòu)件外部的平行試件齡期后拆除后送檢，檢測(cè)灌漿料的密實(shí)度和套筒的力學(xué)性能，以此獲悉預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)灌漿套筒的狀態(tài)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的觀察和施工記錄的檢查，能更準(zhǔn)確的判斷鋼筋套筒灌漿連接的質(zhì)量是否達(dá)到工程實(shí)際需求。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

用亞克力板模擬預(yù)制柱與下層樓面板，柱內(nèi)設(shè)置4 個(gè)半灌漿套筒，柱外設(shè)置1 個(gè)平行試件。柱內(nèi)套筒采用返漿法施工，平行試件通過(guò)軟管與柱內(nèi)套筒相連，從離平行試件最遠(yuǎn)的套筒灌漿口灌漿，灌漿料拌合物從構(gòu)件內(nèi)部灌漿套筒的出漿孔通過(guò)聯(lián)通管灌入平行試件的灌漿孔，從平行試件的出漿孔流出后，將出漿孔進(jìn)行堵塞。灌漿過(guò)程中保持平行試件與預(yù)制構(gòu)件內(nèi)的灌漿套筒在同一水平高度，如圖1所示。

圖1 預(yù)制柱上套筒及平行試件模擬裝置及三維圖Fig.1 Simulation Device and Three-dimensional Diagram of the Upper Sleeve of the Precast Column and the Parallel Test Piece

本次試驗(yàn)采用套筒均為北京某廠生產(chǎn)的JM GT25型半灌漿套筒，接頭梁端連接鋼筋均為HRB400，屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=400 N/mm2，鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的應(yīng)變?chǔ)舮k=0.002 00。

灌漿過(guò)程中，通過(guò)亞克力板看到柱鍵槽的角部出現(xiàn)較大氣泡，如圖2所示。通過(guò)補(bǔ)灌漿后密實(shí)。待28 d齡期后將5個(gè)半套筒灌漿連接拆除進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

圖2 預(yù)制柱鍵槽氣泡Fig.2 Precast Column Keyway Bubble

2 加載裝置及加載制度

采用廣東工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室電壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，試驗(yàn)裝置圖如圖3所示。

依據(jù)文獻(xiàn)［9，10］，灌漿套筒的加載制度及套筒試件檢驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示，其中a5為平行試件。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 破壞情況

試驗(yàn)結(jié)果表明，試件有鋼筋拉斷、鋼筋頸縮和鋼筋拉出3 種破壞形式，如圖4所示。

套筒a1 在高應(yīng)力反復(fù)拉壓過(guò)程中，套筒上端原有灌漿料崩出；加載到250 kN 左右，下部直螺紋鋼筋絲頭拉出，試件承載力急劇降為0，試驗(yàn)結(jié)束，套筒無(wú)損傷。

圖3 灌漿套筒加載示意圖Fig.3 Diagram of Loading Grouting Sleeve

表1 灌漿套筒型式檢驗(yàn)的加載制度及檢驗(yàn)項(xiàng)目Tab.1 Loading Systems and Items of Type Inspections for Grouted Sleeve

套筒a2 出于對(duì)機(jī)器的保護(hù)，設(shè)定試件峰值承載力下降20%試驗(yàn)結(jié)束。大變形反復(fù)拉壓至破壞過(guò)程中，套筒上端發(fā)生微小膨脹，上部灌漿料崩開(kāi)，下部鋼筋頸縮，承載力下降，套筒無(wú)損傷。

套筒a3 兩端鋼筋過(guò)長(zhǎng)，單向拉伸試驗(yàn)前期，套筒上端發(fā)生微小膨脹；上部灌漿料崩開(kāi)，在機(jī)器限位下鋼筋發(fā)生頸縮，套筒并無(wú)損傷。

套筒a4 和a5 應(yīng)力仍然主要集中在螺紋接頭端部，并產(chǎn)生一定程度不可恢復(fù)的變形。單向拉伸試驗(yàn)前期，套筒上端發(fā)生微小膨脹；最終上部灌漿料崩開(kāi)，上部鋼筋拉斷，套筒并無(wú)損傷。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖5 為試件在單向拉伸情況下力-位移曲線。柱內(nèi)套筒a3、a4 和平行試件a5 曲線形狀基本一致。圖6a 為試件在高應(yīng)力反復(fù)拉壓下力-位移曲線，通過(guò)應(yīng)變片數(shù)據(jù)，高應(yīng)力反復(fù)拉壓20 次內(nèi)，套筒位移呈現(xiàn)一定規(guī)律性。因?yàn)殇摻罱z頭拉出，未能測(cè)出極限抗拉強(qiáng)度。圖6b 為套筒灌漿連接接頭在大變形反復(fù)拉壓下力-位移曲線，套筒位移呈現(xiàn)一定規(guī)律性，表明套筒灌漿連接件具有較強(qiáng)的抗反復(fù)荷載的能力。

圖4 套筒實(shí)驗(yàn)破壞狀態(tài)Fig.4 Failure Modes of Grouted Sleeve

圖5 套筒灌漿連接單向拉伸力-位移曲線Fig.5 Force-displacement Curve of Sleeve Grouting Connection with Uniaxial Tensile

圖6 反復(fù)拉壓力-位移曲線Fig.6 Repeated Pull Pressure-displacement Curve

表2 列出了各試件的破壞形態(tài)、實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、殘余變形、最大力下總伸長(zhǎng)率。

表2 灌漿套筒試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test Results of Grouted Sleeve

文獻(xiàn)［9］規(guī)定：鋼筋套筒灌漿連接接頭的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于連接鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，且破壞時(shí)應(yīng)斷于接頭外鋼筋；接頭屈服強(qiáng)度不應(yīng)小于連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。套筒灌漿連接接頭的變形性能應(yīng)符合表2 的要求指標(biāo)。對(duì)于半灌漿套筒連接，機(jī)械連接段的鋼筋絲頭加工、連接安裝、質(zhì)量檢查尚應(yīng)符合文獻(xiàn)［10］的有關(guān)規(guī)定，并滿足接頭破壞形態(tài)為鋼筋拉斷的要求，接頭的極限抗拉強(qiáng)度必須大于鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。通過(guò)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：本試驗(yàn)中套筒a3、a4、a5、a2 均能滿足文獻(xiàn)［9，10］要求。a1套筒螺紋鋼筋絲頭拉出，未滿足文獻(xiàn)［9，10］要求。

a5 為平行試件，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、殘余變形、最大力總伸長(zhǎng)率及破壞形式均與柱內(nèi)套筒a3、a4 一樣滿足文獻(xiàn)［9，10］要求，通過(guò)平行試件的檢測(cè)能判斷柱內(nèi)套筒連接是否合格。

4 結(jié)論

通過(guò)預(yù)制柱上套筒灌漿連接及平行試件的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

⑴單向拉伸試驗(yàn)和大變形反復(fù)拉壓的套筒灌漿連接符合文獻(xiàn)［9，10］的要求；

⑵本試驗(yàn)中，高應(yīng)變反復(fù)拉壓的套筒灌漿連接，鋼筋絲頭拉出，不符合文獻(xiàn)［9，10］規(guī)定。因?yàn)楸驹囼?yàn)只有1個(gè)套筒進(jìn)行了高應(yīng)變反復(fù)拉壓試驗(yàn)，后續(xù)將進(jìn)行多組半灌漿套筒高應(yīng)變反復(fù)拉壓試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行研究分析；

⑶本課題研發(fā)的平行試件檢測(cè)，通過(guò)本試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足要求。平行試件檢測(cè)法已編制在《裝配式混凝土建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：DBJ/T 15-171-2019》［11］中，值得推廣應(yīng)用；

⑷柱鍵槽的角部灌漿時(shí)出現(xiàn)氣泡，灌漿不密實(shí)，后續(xù)將進(jìn)行多組亞克力模型進(jìn)一步進(jìn)行研究分析。