摘 要：【目的】為解決現(xiàn)有裝配式建筑鋼筋套筒連接中存在的鋼筋定位難、灌漿飽滿度難以保證等問題，提高連接強(qiáng)度?！痉椒ā繉?duì)現(xiàn)有套筒進(jìn)行加裝改造，通過增加灌漿組件和連接組件，設(shè)計(jì)出一種新型鋼筋灌漿套筒。【結(jié)果】對(duì)灌漿套筒使用過程進(jìn)行研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，可知所設(shè)計(jì)的鋼筋灌漿套筒能有效提高鋼筋強(qiáng)度，減小所需套筒的尺寸?！窘Y(jié)論】該設(shè)計(jì)具有明顯的有益效果，既提高連接強(qiáng)度，又減少施工成本，對(duì)建筑節(jié)能具有重要意義。

關(guān)鍵詞：灌漿套筒；連接組件；固定部；拉絲

中圖分類號(hào)：TU3" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2023）13-0043-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.13.008

Design of a Reinforcement Grouting Sleeve Improving the

Connection Strength

WANG Yan WANG Qingsong CHEN Lianbin

（1.Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology， Xuzhou 221116，China;2.Jiangsu First Industrial Design Institute Co.， Ltd.，Xuzhou 221000，China;3. Xuzhou Municipal Management Center， Xuzhou 221116，China）

Abstract：[Purposes] The purpose of this paper is to solve the problems existing in the connection of steel sleeves in existing prefabricated buildings， such as difficulty in positioning the steel bars and ensuring the fullness of grouting， which affect the connection strength. [Methods] In this study， the existing sleeve was retrofitted and a new type of steel bar grouting sleeve design was proposed by adding grouting components and connecting components. [Findings] Through the research on the use process of the grouting sleeve and experimental verification， it can be seen that the designed reinforcement grouting sleeve can effectively improve the strength of the reinforcement and reduce the size of the sleeve required. [Conclusions] This design not only improves connection strength， but also reduces construction costs， which has obvious beneficial effects and is of great significance for the energy conservation of building.

Keywords：grouting sleeve; connecting components; fixed part; wire drawing

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)的飛速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)對(duì)能源的需求量也越來越大，有限的能源與愈發(fā)膨脹的需求量形成鮮明的對(duì)比，二者的矛盾也日漸凸顯。習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告提出：“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和。立足我國能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)。”近年來，我國大力提倡發(fā)展綠色建筑，著力推動(dòng)低碳環(huán)保，從對(duì)既有建筑的綠色化改造到綠色建材，再到裝配式建筑，中國已全面實(shí)現(xiàn)新建建筑節(jié)能。隨著裝配式建筑的發(fā)展，“裝配率”也開始出現(xiàn)在每一項(xiàng)工程中。灌漿套筒是由專門加工成的套筒、配套灌漿料和鋼筋組裝成的組合體，在連接鋼筋時(shí)通過注入快硬無收縮灌漿料，依靠材料間的黏結(jié)咬合作用來連接鋼筋與套筒。灌漿套筒常用于裝配式建筑的縱向結(jié)構(gòu)（如墻、柱等）施工中，是裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)［1］，其接頭質(zhì)量將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性。同時(shí)，由于鋼筋連接位置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又屬隱蔽工程，灌漿質(zhì)量難以控制，這也是一個(gè)施工難點(diǎn)。因此，其被稱為裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)理論上的一個(gè)“薄弱環(huán)節(jié)”，尤其是針對(duì)鋼筋受力要求高的部位，保障其接頭強(qiáng)度更是至關(guān)重要的。

隨著鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)的廣泛應(yīng)用，眾多學(xué)者在該領(lǐng)域展開研究。陳萌等［2］對(duì)聚丙烯纖維灌漿料及其鋼筋套筒連接受力性能進(jìn)行研究；鄭永峰［3］提出一種利用低合金無縫鋼管經(jīng)滾壓工藝?yán)浼庸ざ傻男滦妥冃喂酀{套筒；曹永明等［4］對(duì)灌漿料的配置與優(yōu)化進(jìn)行研究；鄭俞等［5］研究了鋼筋直徑、加載速率和灌漿連接形式等對(duì)鋼筋套筒連接性能的影響，并將半灌漿套筒與全灌漿套筒進(jìn)行對(duì)比，提出全灌漿套筒連接動(dòng)態(tài)承載力和剛度的計(jì)算公式；王玉等［6］提出微壓充漿灌漿工藝，解決了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿不飽滿的問題；王彬等［7］對(duì)擠壓式灌漿泵的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)、排量計(jì)算方法、軸功率等進(jìn)行研究，提出一種新的灌漿套筒灌漿泵送原理，并在工程實(shí)踐中證明其灌漿飽滿的優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，目前的研究主要集中在鋼筋灌漿套筒力學(xué)性能指標(biāo)、灌漿料的優(yōu)化、灌漿工藝和灌漿工具的研制、灌漿飽滿度的控制，對(duì)鋼筋套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少，對(duì)高強(qiáng)度鋼筋套筒連接的研究更少。對(duì)現(xiàn)有灌漿套筒的設(shè)計(jì)尺寸、規(guī)格等考慮的基本出發(fā)點(diǎn)是利用套筒和灌漿料的強(qiáng)度來連接兩段相互不接觸的縱向鋼筋，影響因素非常多，如套筒強(qiáng)度、套筒尺寸對(duì)混凝土構(gòu)件的影響、套筒和鋼筋的連接尺寸、灌漿料強(qiáng)度等。相關(guān)研究的設(shè)計(jì)目的基本是盡可能減小套筒的尺寸，提高鋼筋的連接強(qiáng)度。但現(xiàn)有的灌漿套筒存在兩個(gè)問題，一是兩節(jié)鋼筋相互不連接，依靠套筒和灌漿料來承載剪應(yīng)力，為保證強(qiáng)度，對(duì)套筒強(qiáng)度、尺寸、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求非常高，整體尺寸大、強(qiáng)度要求高，對(duì)灌漿料的強(qiáng)度要求高；二是灌漿過程要求非常精細(xì)，灌漿的密實(shí)度對(duì)硬化后整體的強(qiáng)度影響非常大，但在實(shí)際操作中，灌漿套筒的頂部和結(jié)構(gòu)間隙較小的位置容易出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。對(duì)某些受力大的位置，鋼筋套筒的連接強(qiáng)度更是至關(guān)重要。因此，研制出一種既能提高結(jié)構(gòu)整體的連續(xù)性和強(qiáng)度，又能減小套筒結(jié)構(gòu)尺寸、降低灌漿施工難度的鋼筋套筒具有重要意義。

1 灌漿套筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

灌漿套筒主要由套筒和連接組件兩部分組成。套筒用于放置預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋，使預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋相對(duì)深入到套筒內(nèi)，如圖1所示。與傳統(tǒng)套筒相比，該套筒還多了一個(gè)灌漿組件，套筒內(nèi)部空間狹小，常規(guī)振搗基本不可能實(shí)現(xiàn)，利用灌漿組件所帶的振動(dòng)發(fā)聲器及連帶設(shè)備來實(shí)現(xiàn)套筒內(nèi)部的灌漿振搗。由于氣泡主要自套筒頂部出現(xiàn)，因此可將灌漿組件設(shè)置在套筒上部。連接組件用于連接預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋，包括鋼絲、頂端固定部、底端固定部、拉絲四個(gè)部分。鋼筋在進(jìn)入套筒后，通過連接組件進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)固定，既可提升鋼筋同軸對(duì)齊精確度，又可提高整個(gè)套筒灌漿后受力的連續(xù)性，進(jìn)而提高套筒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

1.1 套筒

套筒包括注漿管、排漿管、頂部管及灌漿組件，如圖1所示。注漿管位于套筒下部，用于向套筒內(nèi)腔注入灌漿料，排漿管位于套筒上部，用于灌漿料的溢流，頂部管為排漿管與套筒頂端間的一段套管。灌漿組件包括金屬套管、灌漿套管、軟管、端蓋，如圖2 所示。端蓋用于排漿管固定、承載其他部件，其頂部帶有排漿口。金屬管滲入套筒內(nèi)，位于套筒外的一端穿過端蓋，帶有震動(dòng)發(fā)生器，金屬管相當(dāng)于震動(dòng)傳導(dǎo)器。拉絲從金屬管中穿出，金屬管位于端蓋外的一端帶有掛鉤等固定結(jié)構(gòu)，用于固定拉絲。灌漿套管帶有一個(gè)彎頭，彎頭能深入套筒內(nèi)，另一端穿過端蓋伸出，軟管沿灌漿套管伸入套筒內(nèi)，軟管位于套筒內(nèi)的一端抵觸套筒內(nèi)頂面，以便震動(dòng)發(fā)生時(shí)更好地傳遞震動(dòng)，達(dá)到振搗效果。

1.2 連接組件

連接組件用于連接預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋，包括鋼絲、頂端固定部、底端固定部、拉絲四個(gè)部分，如圖3所示。鋼絲至少有4根，數(shù)量范圍為4～8根，其中4根與固定部的圓環(huán)連接點(diǎn)間隔90°，這4根鋼筋的直徑比其他鋼絲的直徑要大，既能保證連接組件與鋼筋連接的靈活性（即連接強(qiáng)度），又能進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。頂端固定部和底端固定部均為環(huán)形，用于固定鋼絲的兩端，頂端固定部與底端固定部同軸狀態(tài)作為鋼絲安裝的基準(zhǔn)，鋼絲與頂端固定部、鋼絲與底端固定部在同軸狀態(tài)時(shí)，固定點(diǎn)的縱向直線間的夾角為15°～30°，鋼絲與頂端固定部、鋼絲與底端固定部的固定點(diǎn)是均勻間隔分布的。頂端固定部和底端固定部形成的環(huán)的內(nèi)徑是預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋直徑的1.1～1.5倍，使鋼筋能通過頂端固定部和底端固定部進(jìn)入到鋼絲圍成的空間內(nèi)。頂端固定部和底端固定部形成的環(huán)帶有缺口，缺口一端固定一個(gè)拉環(huán)，另一端與拉絲固定，拉絲空余端從拉環(huán)中穿過。頂端固定部和底端固定部固定在套筒的中部，使連接部的軸向中心與套筒軸向中心重合。頂端固定部通過拉簧與套筒內(nèi)頂端連接在一起，底端固定部通過拉簧與套筒內(nèi)底端連接。當(dāng)頂端固定部和底端固定部固定在套筒內(nèi)壁上時(shí)，拉簧處于拉伸狀態(tài)，且拉力小于連接部與套筒間固定點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度。拉簧的內(nèi)徑大于預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋的直徑，使鋼筋能順利通過拉簧。位于頂端的拉簧，在無外力拉伸狀態(tài)下，底端位于排漿管管口上側(cè)。同樣的，位于底端的拉簧，在無外力拉伸狀態(tài)下，頂端位于注漿管管口下側(cè)。與頂端固定部固定的拉絲從排漿管伸出不同的是，與底端固定部固定的拉絲從注漿管伸出。為保證預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋的連接更加可靠，在其上焊接同軸的緊固臺(tái)，緊固臺(tái)由多個(gè)同軸且外形為圓臺(tái)形的環(huán)組成，所有圓臺(tái)的頂端外徑逐級(jí)減小，最大直徑是鋼筋的1.3～1.5倍，最小直徑比鋼筋直徑大2～3 mm，直徑最大的一段朝向鋼筋的空余端?？稍谕粋€(gè)鋼筋上設(shè)置多個(gè)緊固臺(tái)。

2 灌漿套筒的使用過程

根據(jù)預(yù)制鋼筋、預(yù)留鋼筋的粗細(xì)和強(qiáng)度，結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，準(zhǔn)備合適的套筒、連接組件及灌漿組件材料，將連接組件及灌漿組件加入到原有套筒中，對(duì)其進(jìn)行改裝。首先，將預(yù)制鋼筋插入到套筒內(nèi)制成預(yù)制構(gòu)件，與預(yù)留鋼筋對(duì)接，預(yù)留鋼筋從套筒的底端插入到套筒內(nèi)，通過拉簧和底端固定部后進(jìn)入到鋼絲圍成的空間內(nèi)，與預(yù)制鋼筋相對(duì)。等鋼筋位置確定后，將排漿管和注漿管中的拉絲向外拉，使頂端固定部和底端固定部脫離套筒的連接，拉動(dòng)拉簧使連接組件上下移動(dòng)。松開拉絲，讓拉簧帶動(dòng)連接組件自由運(yùn)動(dòng)，從而確定位置。其次，拉動(dòng)拉絲，隨著拉絲的拉動(dòng)，頂端和底端固定部發(fā)生變形，鋼絲兩端逐漸向鋼筋靠攏。拉動(dòng)拉簧，使連接組件始終保持在套筒的中部位置。再次，持續(xù)拉松拉絲，直至拉絲將頂端和底端固定部拉緊至不再形變?yōu)橹?，同時(shí)固定在鋼筋上，使預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋間形成穩(wěn)定的連接。最后，進(jìn)行灌漿操作，為了使套筒震蕩更有效、灌漿料更密實(shí)，固定在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)的套筒是無法進(jìn)行振搗的，但在增加灌漿組件后就有了更靈活的方法。灌漿組件包括金屬套管、灌漿套管、軟管、端蓋。首先，將排漿管內(nèi)的拉絲從金屬管中穿出，蓋上端蓋后拉緊拉絲，使金屬管抵觸鋼筋或頂端固定部。其次，將軟管通過灌漿套管插入到套筒內(nèi)，頂端抵觸套筒內(nèi)頂面，通過注漿管注漿至端蓋排漿口進(jìn)行排漿，同時(shí)開啟震動(dòng)發(fā)生器，帶動(dòng)金屬管震動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)預(yù)制鋼筋、連接組件及預(yù)留鋼筋一起震動(dòng)。保持震動(dòng)，在套筒外向軟管施加負(fù)壓，抽吸頂部管內(nèi)的空氣，注漿管保持注漿，直至軟管中抽出灌漿料為止。最后，緩慢抽出軟管和灌漿套管，在此過程中注漿保持正壓，震動(dòng)不停，抽出金屬管后停止震動(dòng)，完成灌漿。這樣使套筒結(jié)構(gòu)的連續(xù)性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提升。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

制備6組相同尺寸的套筒（內(nèi)徑為43 mm、外徑為50 mm、長度為315 mm），連接鋼筋的直徑為12 mm、14 mm、16 mm，錨固長度均為150 mm。將這6組套筒分為兩大組進(jìn)行測試，一組為現(xiàn)有技術(shù)組，即無連接組件的組；一組為試驗(yàn)組，包含連接組件、4根直徑2 mm的鋼絲、夾角為18°、固定部使用鋼片（厚度為1.5 mm、寬度為3 mm）、拉絲（鋼絲）直徑為1.5 mm。兩組使用相同的灌漿料，灌漿過程為灌漿至排漿管排漿后，使用超聲波震動(dòng)發(fā)生器震蕩套筒30 s，再注漿至排漿管進(jìn)行排漿，然后震蕩套筒15 s，再注漿至排漿管排漿。相同條件下養(yǎng)護(hù)14 d后進(jìn)行拉伸測試，加載速率為2 MPa/s，鋼筋斷裂或被拔出時(shí)終止加載，記錄最大載荷，見表1。

由最大拉伸荷載可以看出，在增加連接組件和灌漿組件后，套筒整體的抗拉強(qiáng)度提升20%以上。

4 結(jié)語

經(jīng)過改造后的套筒具有明顯的有益效果，一是通過連接組件利用多根鋼絲與預(yù)制鋼筋和預(yù)留鋼筋進(jìn)行連接，能有效提高構(gòu)件的連續(xù)性和力學(xué)強(qiáng)度，有利于減小套筒的設(shè)計(jì)尺寸；二是結(jié)構(gòu)簡單，便于對(duì)現(xiàn)有套筒進(jìn)行改造，適用范圍廣，便于處理施工中個(gè)別強(qiáng)度要求高、施工要求高的位置；三是能有效降低對(duì)施工要求和套筒材料強(qiáng)度的要求，施工難度降低，成本降低。針對(duì)現(xiàn)有灌漿套筒存在的不足，對(duì)其進(jìn)行改造，達(dá)到提高強(qiáng)度、節(jié)約成本的效果，對(duì)建筑節(jié)能具有重要意義。

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