GDPS灌浆套筒钢筋连接技术研究

摘要

随着“建筑工业化、住宅产业化”的不断发展，近年来国内众多学者开展了预制装配混凝土结构的研究工作，装配式混凝土结构在我国的应用开始摆脱低谷，并呈上升趋势。预制构件主要受力筋的可靠连接是保证装配式混凝土结构具有良好抗震性能的关键。目前国内外装配式混凝土结构中的钢筋连接方法主要包括钢筋浆锚搭接连接和钢筋套筒灌浆连接。其中，套筒灌浆连接方式由于不受钢筋直径大小、荷载类别及房屋高度的限制，适用范围较广。但由于国内市场上已有的灌浆套筒产品价格过高，已成为制约我国装配式混凝土结构推广应用的重要因素之一。
　　本文依托“十二五”国家科技支撑计划课题:《装配式建筑混凝土剪力墙结构关键技术研究》(2011BAJ10B03)，研发一种新型灌浆套筒，综合运用试验研究及理论分析对基于该套筒钢筋连接接头的结构性能、工作机理、连接性能影响参数及施工工艺等进行深入研究。论文的主要工作及成果如下:
　　1、对现有国内外的灌浆套筒产品进行了对比分析，总结了国内外钢筋套筒灌浆连接研究成果，指出了现有研究工作的不足，为新型灌浆套筒的设计研发提供研究基础和分析思路。
　　2、提出了一种新型变形灌浆套筒-GDPS(Grouted Deformed Pipe Splice)套筒，该套筒利用低合金无缝钢管，通过滚压工艺冷加工而成，这种加工方式使得该套筒加工材料利用率高，并可批量化生产。套筒外表面布有多道环状倒梯形凹槽，内壁布有多道滚压被动形成的凸环肋，用来提高套筒与外部构件混凝土及内部填充灌浆料间的粘结强度。通过单向拉伸及反复拉压试验对该套筒灌浆连接的承载力、残余变形、钢筋锚固段粘结应力分布规律进行了研究。结果表明，在满足7倍钢筋锚固长度的情况下，接头的承载力和残余变形均满足国内外规范的相关规定，验证了GDPS灌浆套筒连接的可行性。
　　3、根据套筒表面应变变化及分布规律，对GDPS套筒的约束机理进行了研究。同时基于接触分析理论，采用ANSYS有限元软件，对GDPS套筒灌浆连接的传力过程进行了数值模拟，得出了套筒应变沿轴向及径向的分布规律以及套筒内腔环肋处接触压力随荷载增大的变化规律。根据试验及数值模拟结果对套筒的约束作用进行了量化，并据此推出了钢筋套筒灌浆连接的粘结承载力计算公式，试验值与计算值吻合良好。
　　4、灌浆料作为钢筋套筒灌浆连接中的粘结材料，其性能对连接的可靠性有重要影响。通过物理力学性能试验，对灌浆料的抗折强度、抗压强度、尺寸效应、流动度、早期和长期体积稳定性等进行了研究，并推导了灌浆料龄期强度预测公式及抗折强度和抗压强度的关系公式。然后，基于厚壁圆筒模型及接头养护阶段光圆套筒表面应变测量结果，得出了灌浆料的名义弹性模量、体积膨胀率及不同材料间的界面初始压力，并通过单向拉伸试验对理论分析结果进行验证。最后，根据灌浆料名义弹性模量，采用厚壁圆筒模型对套筒最大径厚、灌浆料最大体积膨胀率及套筒径厚比和灌浆料浆体厚度与界面接触压力的关系进行了推导。
　　5、为研究套筒内腔结构、套筒截面尺寸、灌浆料强度、钢筋锚固长度对GDPS套筒灌浆连接性能的影响，设计了95个不同参数的接头试件，并进行了单向拉伸试验研究。根据接头承载力和荷载-变形曲线试验结果，对连接接头的结构性能影响因素进行了参数分析。最终根据参数分析结果，提出了GDPS套筒灌浆连接接头的设计方法，包括钢筋非弹性段的计算方法，套筒构造要求等，并推出了五参数钢筋粘结承载力计算经验公式，计算值与试验值吻合良好。
　　6、为便于GDPS套筒的推广应用，解决工程中套筒灌浆连接的施工应用细节，根据套筒特点，对套筒专用的钢筋限位销、端部密封塞、模板固定件等配套产品进行了研发。同时，为确保钢筋套筒灌浆连接施工质量，提出了一套较完整的施工工艺控制措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状和存在问题

1．2．1 国内外灌浆套筒产品及工程应用

1．2．2 国内外钢筋套简灌浆连接研究现状

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 全文结构安排

1．4 论文主要创新点

参考文献

第二章 GDPS套筒灌浆连接可行性试验研究

2．1 引言

2．2 试验介绍

2．2．1 试件设计

2．2．2 材料性能

2．2．3 加载装置及量测内容

2．3 试验结果

2．3．1 破坏模式

2．3．2 结构性能关键指标

2．3．3 荷载-位移关系曲线

2．3．4 钢筋粘结应力分布规律

2．4 GDPS套筒设计方法初步探讨

2．5 本章小结

参考文献

第三章 GDPS套筒灌浆连接工作机理研究

3．1 引言

3．2 GDPS灌浆套筒应变变化及分布规律

3．2．1 单向拉伸试件套筒表面应变

3．2．2 反复拉压试件套筒表面应变

3．3 GDPS灌浆套筒约束机理

3．4 非线性有限元分析

3．4．1 接触分析

3．4．2 有限元模型建立

3．4．3 有限元分析结果与试验结果对比

3．5 套筒约束作用

3．5．1 钢筋黏结破坏时的约束应力

3．5．2 钢筋套筒灌浆连接承载力计算

3．6 本章小结

参考文献

第四章 灌浆料物理力学性能及对套筒灌浆连接的影响分析

4．1 引言

4．2 灌浆料物理力学性能

4．2．1 国内研究现状

4．2．2 国家标准规定的灌浆料强度指标

4．2．3 灌浆料物理力学性能试验研究

4．3 灌浆料膨胀率

4．3．1 国家标准规定的灌浆料膨胀率指标

4．3．2 灌浆料体积稳定性试验研究

4．4 灌浆料硬化阶段初始约束及对接头性能的影响

4．4．1 理论基础

4．4．2 试验概况

4．4．3 试验结果分析

4．4．4 灌浆料物理力学性能对接头性能的影响及套筒初始约束

4．5 本章小结

参考文献

第五章 GDPS套筒灌浆连接参数化试验研究

5．1 引言

5．2 试验介绍

5．2．1 试件设计

5．2．2 材料性能

5．2．3 加载装置及量测内容

5．3 主要试验结果

5．3．1 破坏模式

5．3．2 结构性能关键指标

5．3．3 套简应变变化规律

5．4 参数分析

5．4．1 套筒内腔结构对接头性能的影响

5．4．2 钢筋锚固长度对接头性能的影响

5．4．3 灌浆料性能对接头性能的影响

5．4．4 套筒加工用钢管规格对接头性能的影响

5．5 设计方法

5．5．1 非弹性段长度计算

5．5．2 GDPS套筒灌浆连接设计方法

5．6 本章小结

参考文献

第六章 GDPS套筒灌浆连接辅助配件的研发及施工工艺

6．1 引言

6．2 GDPS套筒灌浆连接辅助配件的研发

6．3 套筒灌浆连接施工工艺

6．3．1 构件预制阶段

6．3．2 现场安装阶段

6．4 本章小结

参考文献

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

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