任宏偉

摘 要：鋼管混凝土的節(jié)點(diǎn)連接在工程施工中存在著較大困難，使鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在當(dāng)今結(jié)構(gòu)工程中的推廣受到很大限制。設(shè)計(jì)了灌漿套筒的方式對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行連接，并將連接裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析了灌漿套筒連接裝置的破壞形態(tài)和軸向拉壓承載力，彌補(bǔ)了鋼管混凝土連接上的不足，為鋼管混凝土的安裝連接設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土 灌漿套筒 力學(xué)性能 實(shí)驗(yàn)研究

中圖分類號(hào)：TU39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（b）-0059-02

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在預(yù)制鋼管混凝土邊框剪力墻中廣泛應(yīng)用，但其節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題的好壞對(duì)預(yù)制鋼管混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的推廣應(yīng)用將產(chǎn)生直接的影響。預(yù)制鋼管混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系在工廠工業(yè)化生產(chǎn)構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，有利于建筑的節(jié)能減排和住宅產(chǎn)業(yè)化，符合國(guó)家政策。但是在裝配過(guò)程中存在較多的節(jié)點(diǎn)連接，鋼管混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能受到限制，所以，鋼管混凝土的連接設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的鋼管混凝土連接方式多種多樣，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，傳力不明確，連接節(jié)點(diǎn)形式缺少統(tǒng)一，沒(méi)有完善的計(jì)算理論。

1 灌漿套筒連接裝置設(shè)計(jì)

鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置主要是由無(wú)縫圓鋼管組成，其外徑為219 mm，內(nèi)徑為205 mm，7 mm厚，高度為120 mm。為了使連接裝置內(nèi)部混凝土受到較強(qiáng)的約束作用，在灌漿套筒的內(nèi)側(cè)頂部位置處焊接一圈光圓鋼筋，鋼筋的型號(hào)為HPB235，直徑為10 mm。

在無(wú)縫圓鋼管的內(nèi)部放置高度為110 mm的Q235級(jí)方鋼管，內(nèi)部澆筑C30型號(hào)的混凝土，其中方鋼管的尺寸為120 mm×120 mm×4 mm，將高強(qiáng)快速凝結(jié)灌漿料灌入灌漿套筒連接裝置無(wú)縫圓鋼管和鋼管混凝土的間隙空間中，使鋼管混凝土被套筒連接裝置固定連接。為使加載試驗(yàn)順利進(jìn)行，在鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的底部放置由直徑為181 mm，15 mm厚的圓鋼板制作成的加載板，同時(shí)在加載板的上表面放置一塊112 mm×112 mm×15 mm的正方體木墊塊，以便試件加載實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置內(nèi)部的高強(qiáng)灌漿料與7 mm厚的灌漿套筒無(wú)縫圓鋼管產(chǎn)生力的作用，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

2 試件加工

鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置試件的加工在土木工程實(shí)驗(yàn)中心完成。將灌漿套筒連接裝置的無(wú)縫圓鋼管固定定位，然后將C30混凝土灌入內(nèi)部的方鋼管中，最后在灌漿套筒連接裝置無(wú)縫圓鋼管和鋼管混凝土的間隙空間中灌入在土木工程材料實(shí)驗(yàn)室制作的高強(qiáng)灌漿料，滿足高強(qiáng)灌漿料的灌入高度與焊接的光圓鋼筋圈平齊，并定期加水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3 加載裝置

與鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置內(nèi)灌漿料同等條件養(yǎng)護(hù)下，灌漿料試塊達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，將15 mm厚圓形加載板置于套筒連接裝置下部，便于試驗(yàn)加載時(shí)使連接裝置外部套筒與內(nèi)部灌漿料產(chǎn)生剪力左右。在實(shí)驗(yàn)室WAW1000萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單個(gè)節(jié)點(diǎn)的灌漿套筒連接裝置軸向受壓承載力試驗(yàn)，加載方式采用單調(diào)加載，直到鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置破壞為止。

4 測(cè)試內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)的內(nèi)容和套筒連接裝置受力的特點(diǎn)，鋼管混凝土灌漿連接裝置試驗(yàn)需要測(cè)試的內(nèi)容主要有：灌漿套筒連接裝置外部無(wú)縫圓鋼管的應(yīng)變大小以及與之相對(duì)應(yīng)的萬(wàn)能壓力機(jī)測(cè)得的壓力值；鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置所能承受的抗壓極限承載力和破壞特征。應(yīng)變片的位置布置在灌漿套筒連接裝置無(wú)縫圓鋼管外側(cè)表面，分別對(duì)稱布置3個(gè)邢臺(tái)市橋西科華電阻應(yīng)變計(jì)廠出產(chǎn)的柵長(zhǎng)×柵寬為3 mm×2 mm，電阻值為（120.1±0.17）Ω的應(yīng)變片。

5 破壞特征

開(kāi)始加載時(shí)，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的變化較小，套筒與內(nèi)部灌漿料無(wú)明顯變化；當(dāng)壓力機(jī)施加的壓力達(dá)到1 240 kN時(shí)，灌漿套筒連接裝置內(nèi)部灌漿料的上表面邊緣開(kāi)始出現(xiàn)微小的環(huán)形裂縫，并且鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置與內(nèi)部灌漿料產(chǎn)生了一定的滑移，連接套筒內(nèi)部的方形鋼管混凝土隨灌漿料整體相對(duì)于套筒發(fā)生了位移，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置剪切破壞。

6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置無(wú)縫圓鋼管的環(huán)向應(yīng)變隨著壓力機(jī)施加壓力增大而逐漸增大，當(dāng)壓力值加載到1 000 kN時(shí)，灌漿套筒連接裝置的環(huán)向應(yīng)變值大小為442 ue，荷載與環(huán)向應(yīng)變的曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。而隨著壓力機(jī)施加壓力增大荷載與環(huán)向應(yīng)變曲線逐漸趨于平緩，壓力值大小增大較慢，而套環(huán)向應(yīng)變值卻產(chǎn)生了增大，直到鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置與內(nèi)部灌漿料產(chǎn)生相對(duì)滑移，套筒連接裝置發(fā)生直剪破壞。此時(shí)壓力機(jī)施加的壓力大小為1 240 kN，與之相對(duì)應(yīng)的套筒無(wú)縫圓鋼管的環(huán)向應(yīng)變?yōu)? 160 ue，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置并未屈服，套筒裝置的荷載與環(huán)向應(yīng)變曲線如圖4所示。

7 結(jié)語(yǔ)

在鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，連接裝置的重要組成材料套筒內(nèi)部高強(qiáng)灌漿料只是產(chǎn)生微小裂縫，并沒(méi)有發(fā)生完全破碎，無(wú)縫圓鋼管作為鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的主要組成部分也沒(méi)有發(fā)生屈服，說(shuō)明此鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置設(shè)計(jì)合理，受力明確，承載力高，是一種適合于現(xiàn)場(chǎng)安裝制作并且安全可靠的鋼管混凝土連接裝置。

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