钢管混凝土灌浆套筒连接装置力学性能研究

任宏伟

摘 要：钢管混凝土的节点连接在工程施工中存在着较大困难，使钢与混凝土组合结构在当今结构工程中的推广受到很大限制。设计了灌浆套筒的方式对钢管混凝土进行连接，并将连接装置进行试验研究，分析了灌浆套筒连接装置的破坏形态和轴向拉压承载力，弥补了钢管混凝土连接上的不足，为钢管混凝土的安装连接设计提供了理论依据。

关键词：钢管混凝土 灌浆套筒 力学性能 实验研究

中图分类号：TU39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（b）-0059-02

钢管混凝土结构在预制钢管混凝土边框剪力墙中广泛应用，但其节点连接问题的好坏对预制钢管混凝土剪力墙结构体系的推广应用将产生直接的影响。预制钢管混凝土剪力墙结构体系在工厂工业化生产构件，现场进行装配，有利于建筑的节能减排和住宅产业化，符合国家政策。但是在装配过程中存在较多的节点连接，钢管混凝土剪力墙结构的整体性能受到限制，所以，钢管混凝土的连接设计是非常关键的环节。现有的钢管混凝土连接方式多种多样，构造相对复杂，传力不明确，连接节点形式缺少统一，没有完善的计算理论。

1 灌浆套筒连接装置设计

钢管混凝土灌浆套筒连接装置主要是由无缝圆钢管组成，其外径为219 mm，内径为205 mm，7 mm厚，高度为120 mm。为了使连接装置内部混凝土受到较强的约束作用，在灌浆套筒的内侧顶部位置处焊接一圈光圆钢筋，钢筋的型号为HPB235，直径为10 mm。

在无缝圆钢管的内部放置高度为110 mm的Q235级方钢管，内部浇筑C30型号的混凝土，其中方钢管的尺寸为120 mm×120 mm×4 mm，将高强快速凝结灌浆料灌入灌浆套筒连接装置无缝圆钢管和钢管混凝土的间隙空间中，使钢管混凝土被套筒连接装置固定连接。为使加载试验顺利进行，在钢管混凝土灌浆套筒连接装置的底部放置由直径为181 mm，15 mm厚的圆钢板制作成的加载板，同时在加载板的上表面放置一块112 mm×112 mm×15 mm的正方體木垫块，以便试件加载实验过程中使钢管混凝土灌浆套筒连接装置内部的高强灌浆料与7 mm厚的灌浆套筒无缝圆钢管产生力的作用，钢管混凝土灌浆套筒连接装置的设计图如图1所示。

2 试件加工

钢管混凝土灌浆套筒连接装置试件的加工在土木工程实验中心完成。将灌浆套筒连接装置的无缝圆钢管固定定位，然后将C30混凝土灌入内部的方钢管中，最后在灌浆套筒连接装置无缝圆钢管和钢管混凝土的间隙空间中灌入在土木工程材料实验室制作的高强灌浆料，满足高强灌浆料的灌入高度与焊接的光圆钢筋圈平齐，并定期加水进行养护。

3 加载装置

与钢管混凝土灌浆套筒连接装置内灌浆料同等条件养护下，灌浆料试块达到规定强度后，将15 mm厚圆形加载板置于套筒连接装置下部，便于试验加载时使连接装置外部套筒与内部灌浆料产生剪力左右。在实验室WAW1000万能压力试验机上进行单个节点的灌浆套筒连接装置轴向受压承载力试验，加载方式采用单调加载，直到钢管混凝土灌浆套筒连接装置破坏为止。

4 测试内容和测点布置

根据试验观测的内容和套筒连接装置受力的特点，钢管混凝土灌浆连接装置试验需要测试的内容主要有：灌浆套筒连接装置外部无缝圆钢管的应变大小以及与之相对应的万能压力机测得的压力值；钢管混凝土灌浆套筒连接装置所能承受的抗压极限承载力和破坏特征。应变片的位置布置在灌浆套筒连接装置无缝圆钢管外侧表面，分别对称布置3个邢台市桥西科华电阻应变计厂出产的栅长×栅宽为3 mm×2 mm，电阻值为（120.1±0.17）Ω的应变片。

5 破坏特征

开始加载时，钢管混凝土灌浆套筒连接装置的变化较小，套筒与内部灌浆料无明显变化；当压力机施加的压力达到1 240 kN时，灌浆套筒连接装置内部灌浆料的上表面边缘开始出现微小的环形裂缝，并且钢管混凝土灌浆套筒连接装置与内部灌浆料产生了一定的滑移，连接套筒内部的方形钢管混凝土随灌浆料整体相对于套筒发生了位移，钢管混凝土灌浆套筒连接装置剪切破坏。

6 数据分析

试验开始时，钢管混凝土灌浆套筒连接装置无缝圆钢管的环向应变随着压力机施加压力增大而逐渐增大，当压力值加载到1 000 kN时，灌浆套筒连接装置的环向应变值大小为442 ue，荷载与环向应变的曲线出现拐点。而随着压力机施加压力增大荷载与环向应变曲线逐渐趋于平缓，压力值大小增大较慢，而套环向应变值却产生了增大，直到钢管混凝土灌浆套筒连接装置与内部灌浆料产生相对滑移，套筒连接装置发生直剪破坏。此时压力机施加的压力大小为1 240 kN，与之相对应的套筒无缝圆钢管的环向应变为1 160 ue，钢管混凝土灌浆套筒连接装置并未屈服，套筒装置的荷载与环向应变曲线如图4所示。

7 结语

在钢管混凝土灌浆套筒连接装置整个试验过程中，连接装置的重要组成材料套筒内部高强灌浆料只是产生微小裂缝，并没有发生完全破碎，无缝圆钢管作为钢管混凝土灌浆套筒连接装置的主要组成部分也没有发生屈服，说明此钢管混凝土灌浆套筒连接装置设计合理，受力明确，承载力高，是一种适合于现场安装制作并且安全可靠的钢管混凝土连接装置。

参考文献

[1] 卢羽平，张燎军.洪家渡水电站厂房矩形钢管混凝土叠合柱抗震分析[J].华水利水电学院学报，2015，26（1）：35-38.

[2] 蔡健，杨春.对穿暗牛腿式钢管混凝土柱节点试验研究[J].华南理工大学学报：自然科学版，2014（5）：105-109.

[3] 曾彬.钢管混凝土边框剪力墙组合节点抗震性能试验研究[D].北京：北京工业大学，2015.

[4] 龚顺风，沈伟雄.海洋平台的灌浆卡箍技术研究[J].海洋工程，2011，19（3）：32-37.