張 超，郭 奇，孫可可，吳煥娟，張 碩

（1.中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100142；2.中質(zhì)華興（北京）技術(shù)檢測有限責(zé)任公司，北京 102446）

0 引言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋連接方式中鋼筋套筒灌漿連接是較為重要的一種。隨著我國建筑工業(yè)化的飛速發(fā)展，裝配式建筑已經(jīng)被大量使用，而裝配式混凝土建筑也是最常使用的建筑方式。當(dāng)裝配式建筑發(fā)生火災(zāi)后，鋼筋套筒灌漿連接損傷情況和可靠性是影響裝配式建筑安全的重要因素，需要進(jìn)行全面的評估。

王國慶［1］對高溫下不同直徑鋼筋、不同高溫的鋼筋套筒灌漿連接進(jìn)行了試驗研究，得出了相應(yīng)的破壞規(guī)律和極限承載力。鄧曦［2］對鋼筋半灌漿套筒連接在高溫下和高溫后的力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究，并推導(dǎo)了高溫下和高溫后極限位移與溫度的關(guān)系。谷凡［3］對高溫作用后的鋼筋灌漿套筒力學(xué)性能進(jìn)行了有限元分析，高溫荷載采用 ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，研究結(jié)果表明，隨著受火時間的增加，鋼筋套筒灌漿連接構(gòu)件的極限拉伸荷載隨之降低。上述學(xué)者對高溫下和半灌漿鋼筋套筒灌漿的力學(xué)性能研究較多，較少關(guān)注全套筒灌漿高溫后受力性能的損傷試驗研究。因此，本文考慮實際火災(zāi)工況和鋼筋埋設(shè)位置的影響，依據(jù) ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，對高溫后鋼筋連接灌漿套筒溫度場進(jìn)行試驗研究，得出高溫后套筒連接破壞模式和承載力影響參數(shù)，為高溫后鋼筋連接灌漿套筒提供借鑒。

1 試驗概況

1.1 試件設(shè)計

試驗共 30 個試件，受火時間包括 5 min、15 min 和30 min，每種試件共計 10 個。灌漿套筒材質(zhì)為 Q345B 無縫鋼管，規(guī)格型號為 GTQ4J－16，套筒長度為 280 mm，外徑 38 mm，內(nèi)徑 31 mm，灌漿料采用北京市市政工程研究院常溫型套筒灌漿料 CTGM 型，料水比為 1∶0.12（質(zhì)量比）。鋼筋強(qiáng)度等級為 HRB400，直徑為 14 mm，鋼筋在套筒內(nèi)的搭接長度為 140 mm。根據(jù) JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》［4］規(guī)定，對于鋼筋偏置接頭，應(yīng)保證一端鋼筋插入灌漿套筒中心，一端鋼筋偏置后鋼筋橫肋與套筒壁接觸。鋼筋灌漿套筒連接試件如圖 1 所示?；馂?zāi)后鋼筋灌漿套筒試驗參數(shù)如表 1 所示。

圖1 鋼筋灌漿套筒連接試件

表1 火災(zāi)后鋼筋灌漿套筒試驗參數(shù)

1.2 材料力學(xué)性能

試驗時，灌漿料性能指標(biāo)如表 2 所示。鋼筋拉伸試驗采用拉力機(jī)（見圖 2）完成，鋼筋屈服強(qiáng)度為376 MPa，抗拉強(qiáng)度為 630 MPa。套筒為中建二局洛陽機(jī)械有限公司生產(chǎn)，套筒屈服強(qiáng)度為 378 MPa，抗拉強(qiáng)度為 785 MPa。

表2 高強(qiáng)灌漿料性能指標(biāo)

圖2 鋼筋拉伸試驗

1.3 加載方案

將套筒放置于電阻爐內(nèi)，并依據(jù) ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線進(jìn)行設(shè)置后對鋼筋灌漿套筒進(jìn)行升溫處理，電阻爐［見圖 3（a）］加熱最高溫度 1 200 ℃，最大可加熱400 mm×600 mm×800 mm 試件，升溫時間包括 5 min、15 min 和 30 min，根據(jù)公式（1）可知，三個升溫時間對應(yīng)的最高溫度分別為 576 ℃、739 ℃ 和 847 ℃。升溫階段完成后，將套筒置于室溫進(jìn)行自然降溫；當(dāng)套筒整體溫度降至常溫后，在拉力試驗機(jī)［見圖 3（b）］上進(jìn)行單向拉伸試驗。ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線方程為：

圖3 試驗設(shè)備

式中：t為試驗所經(jīng)歷的時間，min；θ為t時刻的溫度，℃；θ0為試驗爐內(nèi)初始溫度，℃。不同升溫時間溫度-時間曲線如圖 4 所示。

圖4 不同升溫時間溫度-時間曲線

2 試驗結(jié)果

2.1 極限承載力和破壞形態(tài)

明顯，表面殘留灌漿料變成灰白色；對于高溫 30 min 試件，套筒和鋼筋表面逐漸被燒紅，灌漿孔和出漿孔處灌漿料呈灰白色。

圖5 高溫后灌漿套筒形態(tài)

圖 6 為高溫后灌漿套筒破壞形態(tài)，主要包括鋼筋拉斷和鋼筋刮犁式破壞。

圖6 高溫后灌漿套筒破壞形態(tài)

表 3 為高溫后灌漿套筒的極限承載力，當(dāng)受火時間為 5 min 和 15 min 時，破壞形態(tài)為鋼筋拉斷，影響極限承載力主要因素為鋼材高溫后強(qiáng)度。當(dāng)溫度達(dá)到 576 ℃和 739 ℃ 時，火災(zāi)后鋼材屈服強(qiáng)度折減系數(shù)分別為 0.877 和 0.818，因此，受火時間為 5 min 和 15 min 時，套筒灌漿連接極限承載力較為接近。當(dāng)受火時間為 30 min 時，由于其破壞形態(tài)變?yōu)殇摻罟卫缡狡茐?，其極限承載力主要取決于高溫后灌漿料與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度，由于高溫作用的影響，粘結(jié)強(qiáng)度明顯降低，其極限承載力明顯下降。根據(jù)表 3 可以看出，鋼筋偏置位置對承載力極限和破壞形態(tài)影響較??；隨著受火時間的逐漸增大，灌漿套筒的破壞形態(tài)由鋼筋拉斷變?yōu)殇摻罟卫缡狡茐摹?/p>

表3 高溫后灌漿套筒最終破壞形態(tài)

2.2 承載力分析

根據(jù) T/CECS 252－2019《火災(zāi)后工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［5］附錄 G.0.2 規(guī)定，鋼筋高溫冷卻后的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)可按表 4 進(jìn)行計算。高溫作用后，鋼筋與套筒之間的粘結(jié)強(qiáng)度折減可依據(jù)表 4 進(jìn)行計算。對于高溫后鋼筋與灌漿料之間粘結(jié)強(qiáng)度的影響，不少學(xué)者進(jìn)行了詳細(xì)的研究，Einea［6］提出了鋼筋與灌漿料之間的平均粘結(jié)強(qiáng)度τ的計算公式（2）。

表4 鋼筋高溫冷卻的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)

式中：k為常數(shù)，本文中取值為1.43；fc為高溫下灌漿料的抗壓強(qiáng)度。

式中：fcu（T）表示高溫下立方體的抗壓強(qiáng)度，MPa；fcu表示常溫下立方體抗壓強(qiáng)度，MPa。

根據(jù)式（2）和式（3）可知，高溫下灌漿料與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度取決于材料經(jīng)歷的最高溫度和灌漿料本身的強(qiáng)度等級，當(dāng)受火最高溫度逐漸升高時，高溫下灌漿料立方體抗壓強(qiáng)度逐漸降低，鋼筋與灌漿料之間的平均粘結(jié)強(qiáng)度降低，鋼筋套筒灌漿抗拉強(qiáng)度降低。圖 7 為高溫時間-承載力關(guān)系圖?？梢钥闯?，受火時間從 5 min 到 15 min，承載力變化不明顯，受火時間 30 min，承載力下降較大。

圖7 高溫后灌漿套筒時間-承載力關(guān)系圖

3 質(zhì)量評價

根據(jù) JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的要求，鋼筋套筒灌漿連接接頭的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，且破壞時應(yīng)斷于接頭外鋼筋。當(dāng)高溫時間為 30 min 時，破壞形態(tài)為端部灌漿料拔出破壞，此時已不滿足接頭抗拉性能的質(zhì)量要求。對實際裝配式建筑火災(zāi)后連接損傷計算，現(xiàn)場檢測結(jié)果應(yīng)結(jié)合 T/CECS 252－2019《火災(zāi)后工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》混凝土構(gòu)件表面特征與溫度關(guān)系，并采用數(shù)值仿真分析，進(jìn)行綜合判斷。

4 研究結(jié)論

考慮鋼筋升溫時間和鋼筋埋設(shè)位置的影響，對不同升溫時間高溫后鋼筋灌漿套筒的抗拉性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究和分析。主要得出以下結(jié)論。

1）高溫作用后灌漿套筒抗拉性能主要破壞形態(tài)包括鋼筋拉斷和端部灌漿料拔出兩種模式；

2）溫度對灌漿套筒抗拉承載力破壞模式較大，當(dāng)受火時間達(dá) 30 min 時，破壞模式由鋼筋拉斷變?yōu)槎瞬抗酀{料拔出。Q