劉敏敏，劉 洋，石 彪，朱清華，蓋玉迪

(1 北京市住宅建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 北京 100005； 2 華北科技學(xué)院建筑工程學(xué)院， 北京 101601； 3 北京思達(dá)建茂科技發(fā)展有限公司， 北京 100088)

0 引言

近年來，國家大力推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和促進(jìn)傳統(tǒng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，與此同時(shí)，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市用地和交通也日益緊張，大力發(fā)展軌道交通體系也成為當(dāng)前我國各大城市所關(guān)注的焦點(diǎn)。能夠充分利用軌道交通車輛段上部空間，完美地將工業(yè)建筑、民用建筑與軌道交通體系有機(jī)結(jié)合，使得軌道交通與周圍建筑開發(fā)能夠和諧融為一體，共同促進(jìn)發(fā)展，是我國各大城市紛紛研究地鐵車輛段上蓋建筑開發(fā)的根本原因。

根據(jù)我國多年來在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑中獲取的經(jīng)驗(yàn)，軌道交通車輛段綜合利用裝配式建筑有多方面問題需要研究，其中裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋連接問題是首要問題。北京普遍采用的鋼筋連接方式為套筒灌漿連接，此連接形式依靠高強(qiáng)灌漿料與鋼筋、套筒之間的粘結(jié)實(shí)現(xiàn)力的傳遞。目前國內(nèi)在套筒灌漿連接的受拉性能[1-4]、筒壁應(yīng)力分析[5]、循環(huán)荷載作用下的連接性能[6]，以及灌漿缺陷對(duì)連接性能的影響[7]等方面均有一定的研究，但振動(dòng)對(duì)套筒灌漿連接性能的影響研究較少。車輛段上蓋項(xiàng)目與普通平地項(xiàng)目的較大環(huán)境差別是車輛運(yùn)行帶來的微振動(dòng)，本文針對(duì)振動(dòng)對(duì)套筒灌漿連接性能的影響進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

按照《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 355—2015)[8](簡(jiǎn)稱灌漿連接規(guī)程)的要求，試驗(yàn)共制作了15組試件，以振動(dòng)頻率、振幅和鋼筋直徑d為變量，對(duì)鋼筋套筒灌漿連接試件進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)和型式檢驗(yàn)。15組試件中含一組大振幅試件，其鋼筋直徑14mm,頻率2Hz，振幅1mm，探尋振幅對(duì)套筒連接影響的邊界情況。試件選用GT4系列鋼筋半灌漿球墨鑄鐵套筒、CGMJM-Ⅵ型高強(qiáng)水泥基灌漿料和HRB400E級(jí)抗震鋼筋，鋼筋錨入套筒長度為8d。試件參數(shù)見表1，試件及模擬振動(dòng)裝置見圖1。

圖1 模擬振動(dòng)裝置及套筒連接試件

1.2 試件材料

取與試件同批次GT4/14，GT4/20套筒，按照《鋼筋連接用灌漿套筒》(JG/T 398—2012)[9]要求進(jìn)行材料性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。選取同批次鋼筋試件3個(gè)，進(jìn)行鋼筋的單向拉伸試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

套筒灌漿連接試件參數(shù) 表1

GT4型半灌漿套筒材料性能 表2

鋼筋實(shí)測(cè)力學(xué)性能 表3

灌漿料采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度為85MPa的CGMJM-Ⅵ型高強(qiáng)水泥基灌漿料，依據(jù)《鋼筋連接用套筒灌漿料》(JG/T 408—2013)[10]，同條件下制作40mm×40mm× 160mm棱柱體試塊，實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度為92MPa。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì)制作試件固定架，通過一臺(tái)功率為200W、扭矩為12N·m的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，對(duì)灌漿完成后的試件進(jìn)行連續(xù)24h振動(dòng)擾動(dòng)，采用百分表復(fù)測(cè)試件振動(dòng)位移。對(duì)3組20-F2-A3試件組進(jìn)行型式檢驗(yàn)，包括單向拉伸試驗(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)，對(duì)其他12組試件組進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，如圖2所示。試驗(yàn)方法按照《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》(JGJ 107—2016)[11]和灌漿連接規(guī)程有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，采用卡尺測(cè)量試件有效區(qū)段的伸長值。單向拉伸試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室完成，型式檢驗(yàn)在國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行。

圖2 單向拉伸試驗(yàn)

2 型式檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)3組20-F2-A3試件組依據(jù)灌漿連接規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，對(duì)灌漿料在受到振動(dòng)荷載影響情況下凝固所形成的灌漿套筒接頭進(jìn)行成組型式檢驗(yàn)，試件編號(hào)分別為20-F2-A3-01～20-F2-A3-03，20-F2-A3-04～20-F2-A3-06， 20-F2-A3-07～20-F2-A3-09，檢驗(yàn)結(jié)果見表4～6。

單向拉伸性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù) 表4

高應(yīng)力反復(fù)拉壓性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù) 表5

大變形反復(fù)拉壓性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù) 表6

鋼筋套筒灌漿連接接頭在單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓、大變形反復(fù)拉壓下的抗拉強(qiáng)度和殘余變形性能均滿足灌漿連接規(guī)程的相關(guān)要求。

3 拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)以直徑、振幅和頻率為變量的12組試件組進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：鋼筋套筒灌漿連接接頭屈服強(qiáng)度不小于連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；鋼筋套筒灌漿連接接頭抗拉強(qiáng)度不小于連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，滿足灌漿連接規(guī)程關(guān)于連接接頭的強(qiáng)度性能要求。

3.1 破壞形態(tài)

試件的破壞形態(tài)見圖3。在連接接頭破壞前鋼筋均已達(dá)到屈服，試件破斷于接頭外鋼筋；在破壞試件套筒端部，出現(xiàn)灌漿料深度為10～20mm的錐形脫落現(xiàn)象。

圖3 試驗(yàn)破壞后試件

從表7數(shù)據(jù)看出，試件破壞方式均為鋼筋拉斷破壞。直徑14mm鋼筋屈服強(qiáng)度范圍為451～489MPa，平均值465MPa；極限強(qiáng)度范圍為598～635MPa，平均值610MPa。直徑20mm鋼筋屈服強(qiáng)度范圍為445～457MPa，平均值451MPa；極限強(qiáng)度范圍為572～581MPa，平均值575MPa。試件測(cè)試結(jié)果與鋼筋試件實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致，破壞形態(tài)一致。

3.2 荷載-變形曲線

圖4為相同鋼筋直徑、相同振動(dòng)頻率、不同振幅下，典型試件的荷載-變形關(guān)系曲線。試件的變形主要為鋼筋的變形，同時(shí)也受灌漿接頭處變形的影響，由圖可知，各試件的荷載-變形曲線大致相同，試件的破壞變形隨振幅的增大呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，但差異不大。由此說明，振動(dòng)荷載中振幅的增大對(duì)于套筒灌漿接頭的受力性能有著不利的影響，但影響幅度較小。同時(shí)注意到，1mm振幅的14-F2-A4試件組的破壞變形出現(xiàn)了明顯的減小，由于本次試驗(yàn)1mm振幅試件較少，無法做出分析，針對(duì)此問題應(yīng)做進(jìn)一步的研究。

圖4 不同振幅下典型試件的荷載-變形關(guān)系曲線

圖5為兩種鋼筋直徑下，振幅相同、振動(dòng)頻率不同時(shí)典型試件的荷載-變形關(guān)系曲線。從圖中可以看出，不同振動(dòng)頻率下，試件的荷載-變形曲線基本重合，極限荷載與破壞變形并沒有隨振動(dòng)頻率的增加呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。說明振動(dòng)荷載中振動(dòng)頻率的變化對(duì)試件受力性能的影響很小。

圖5 不同振動(dòng)頻率下典型試件的荷載-變形關(guān)系曲線

單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果 表7

圖6為兩種振幅下，振動(dòng)頻率相同、鋼筋直徑不同時(shí)典型試件的荷載-變形關(guān)系曲線。從圖中可以看出，試件破壞前，相同應(yīng)力條件下直徑20mm鋼筋接頭的變形大于直徑14mm鋼筋接頭的變形。

圖6 不同鋼筋直徑典型試件的應(yīng)力-變形關(guān)系曲線

3.3 鋼筋偏心現(xiàn)象

對(duì)試件進(jìn)行觀察，可發(fā)現(xiàn)原本鋼筋對(duì)中設(shè)計(jì)制作的各組接頭試件均出現(xiàn)了不同程度的偏心現(xiàn)象(圖7)。比較發(fā)現(xiàn)，振幅越大，偏心越大，14-F2-A4試件組(振幅1mm)鋼筋基本緊貼套筒內(nèi)壁。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因?yàn)樵囼?yàn)施加的振動(dòng)荷載為單向荷載，并非往復(fù)荷載，此點(diǎn)與實(shí)際振動(dòng)情況(往復(fù)振動(dòng))有差異，但此差異對(duì)套筒灌漿連接接頭的性能有不利影響，因此不影響結(jié)論的正確性。

圖7 接頭鋼筋偏心現(xiàn)象

4 結(jié)論

(1)灌漿料凝固期內(nèi)，受振動(dòng)荷載影響的鋼筋套筒灌漿連接試件經(jīng)檢驗(yàn)破壞狀態(tài)均為套筒外鋼筋拉斷破壞，其單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓及大變形反復(fù)拉壓性能均滿足灌漿連接規(guī)程的相關(guān)要求。

(2)振動(dòng)荷載中振幅的增大對(duì)于鋼筋套筒灌漿連接試件的受力性能有著不利的影響，但影響幅度較小。

(3)低頻率振動(dòng)荷載中振動(dòng)頻率的變化對(duì)鋼筋套筒灌漿連接試件受力性能的影響很小。

(4)試件破壞前，相同應(yīng)力條件下，大直徑鋼筋的連接試件變形大于小直徑鋼筋的接頭變形。

(5)單向的振動(dòng)荷載造成鋼筋在連接套筒內(nèi)偏置，但連接性能仍能滿足相關(guān)規(guī)范要求。