钢筋套筒灌浆连接高温力学性能研究进展

钢筋套筒灌浆连接高温力学性能研究进展

王畅1，王宁1，闫文赏2

（1. 华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063210；2. 大连理工大学 土木工程学院，辽宁 大连 116024）

关键词： 装配式砼结构；钢筋套筒灌浆连接；高温力学性能

摘  要：钢筋套筒灌浆连接是装配式混凝土结构中竖向预制构件钢筋连接的主要方式，连接节点力学性能的有效性是保证装配式混凝土结构整体稳定性的关键。基于套筒灌浆连接的国内外研究现状，总结了高温作用对灌浆料力学性能的影响，进一步对高温后及高温下钢筋套筒灌浆连接力学性能的研究现状进行梳理，并对研究成果进行了展望。

中图分类号：TU375文献标识码：A

引言

近年来，我国装配式混凝土建筑的应用越来越广泛。钢筋套筒灌浆连接因其具有高效、可靠的连接性能而成为常用连接形式，在国内外工程项目中得到了广泛应用，连接节点力学性能的有效性是保证装配式结构整体性的关键。同时，随着建筑火灾事故的频繁发生，开展钢筋套筒灌浆连接高温力学性能的相关研究也逐渐增多。

1 灌浆料高温后力学性能研究进展

灌浆料强度是影响钢筋套筒灌浆连接高温性能的重要因素之一，目前，国内外学者主要研究了不同高温和不同受火时间后灌浆料试块的抗折、抗压强度。

朱佳宁等[1]研究了灌浆料试块在不同温度后的力学性能，试验结果发现，当温度不超过200℃时，灌浆料试块的抗压强度损失约为10%；当温度高于200℃时，抗压强度急剧下降。600℃后，灌浆料试块的抗压强度损失达到73%，基本丧失承载力。根据试验结果，统计回归得到了灌浆料抗压强度与温度的计算公式。

陈海彬等[2]研究了受火时间、静置时间和冷却方式对套筒灌浆料力学性能的影响，结果表明，随着受火时间的增加，灌浆料试块的抗折、抗压强度均逐渐降低；在相同静置时间下，喷水冷却后的灌浆料试块抗压强度比自然冷却下的高；相较于静置时间和冷却方式，受火时间对灌浆料试块的抗折、抗压强度的影响最大。

2 钢筋套筒灌浆连接高温后力学性能研究进展

近年来，建筑火灾事故频发，火灾后钢筋套筒灌浆连接性能对工程结构的安全性和耐久性有较大的影响，许多学者进行了高温后钢筋套筒灌浆连接性能方面的研究。

2.1 无施工缺陷钢筋套筒灌浆连接高温后力学性能

Zhang等[3]进行了带混凝土保护层的半灌浆套筒试件高温后的单向拉伸试验，试验结果表明，带混凝土保护层的半灌浆套筒试件的失效模式均为钢筋断裂，而不是粘结失效。

Zhang等[4]开展了全灌浆套筒试件高温后的单向拉伸试验，试验结果表明，峰值温度直接影响火灾后试件的力学性能，包括屈服强度、极限强度、屈服应变、极限应变、延性系数和等效弹性模量。高温后试件的力学性能与单根钢筋不完全相同。

Zhang等[5]研究了不同峰值温度和冷却方式（自然、浇水）对半灌浆套筒连接试件力学性能的影响，试验结果表明，当在不高于600℃的峰值温度后进行自然冷却或在不高于400℃的峰温后进行浇水冷却时，试件发生钢筋断裂破坏。当峰值温度超过800℃（自然）或600℃（浇水）时，破坏模式均为钢筋粘结滑移破坏。

2.2 有施工缺陷钢筋套筒灌浆连接高温后力学性能

Zhang等[6]的研究结果表明：高温后试件的受拉性能受峰值温度和施工缺陷的直接影响，部分性能与钢筋存在差异。高温后试件表现出两种主要的破坏模式：钢筋断裂和黏结破坏。部分高温后试件中连接钢筋在断裂前发生了明显的滑移，极限伸长率变大。不同类型的施工缺陷对试件的受力性能有不同的影响。

李明涛[8]研究了锚固长度和保护层厚度对高温后半灌浆套筒连接力学性能的影响，试验发现，钢筋锚固长度的增加明显提高了试件的连接性能，包裹混凝土保护层的试件，其承载力和延性均明显高于无保护层的试件。

孙睿成[9]研究了不同施工缺陷半灌浆套筒试件在不同温度后的性能，试验发现：饱满试件在500℃及以下时发生钢筋拉断破坏，600℃后发生钢筋拔出破坏，高温对缺陷试件的影响更为显著，缺陷试件在400℃后均发生钢筋拔出破坏。

蔡欧阳[10]制作了无缺陷以及不同施工缺陷的全灌浆套筒试件，研究了温度对试件力学性能的影响，结果表明，300℃及以下时，温度对试件的极限承载力无明显影响，在400℃-600℃时，试件的极限承载力出现明显的降低。当缺陷大小相同时，中部缺陷对高温后试件的连接性能影响最显著。

2.3 不同荷载下钢筋套筒灌浆连接高温后力学性能

Xiao等[11]开展了高温后全灌浆套筒试件的循环加载试验，研究了温度和灌浆料抗压强度对试件抗拉承载力的影响，结果表明，温度升高对套筒灌浆接头的破坏模式有显著影响，高温后试件在循环荷载作用下破坏模式的转变温度为400℃。

Wang等[12]研究了温度对全灌浆套筒连接抗震性能的影响，分析了连接试件的失效模式、骨架曲线和抗压强度，在循环荷载作用下，当压缩变形达到一定程度时，试件两端产生塑性铰导致试件发生屈曲。当温度低于600℃时，连接试件冷却后的骨架曲线、抗压强度和屈曲强度彼此接近。

Liu等[13]以温度、加载方式、灌浆料抗压强度为试验参数，分析了3类因素对全灌浆套筒连接性能的影响，发现温度和加载方式对试件屈服和极限强度的影响大于灌浆料强度，但是这些影响因素的影响程度不超过11%，建立了双线性模型，以计算不同加载方式下高温损伤试件的屈服和极限荷载。

舒斌[14]的研究结果表明：单向拉伸作用下，试件的破坏形式与钢筋直径大小有关，随着钢筋直径的增大，试件发生钢筋拔出破坏时的温度随之降低；相较于单向拉伸作用，高应力反复拉压作用使高温后钢筋与灌浆料的粘结强度明显降低。

3 钢筋套筒灌浆连接高温下力学性能研究进展

Wang等[15]进行了恒温加载和恒载升温条件下全灌浆套筒连接试件以及钢筋的拉伸试验，研究发现，在恒温加载作用下，当加热温度超过400℃时，套筒灌浆连接的强度始终大于钢筋；在恒载升温作用下，套筒灌浆连接比钢筋具有更好的高温性能。

朱玲玲[16]研究了钢筋半灌浆套筒连接试件在高温下的连接性能，试验结果表明，试件在高温下的破坏形式主要为钢筋拉断，温度不超过400℃时钢筋断裂点在锚固段外侧，600℃时出现在锚固段内侧。

张望喜等[17]开展了钢筋半灌浆套筒连接试件及钢筋在高温下的单向拉伸试验，试验发现，连接试件与钢筋的极限承载力相差不大。在400℃及以下的高温时，试件的失效模式均为钢筋拉断，而在600℃时，则出现了钢筋拔出。

4 结语

对装配式结构套筒连接用灌浆料、无施工缺陷连接试件、有施工缺陷试件在高温下和高温后的力学性能研究进展进行了综述，建议后续研究考虑混凝土保护层的影响。

参考文献:

[1]朱佳宁, 郭栋栋, 马金凤, 等. 高温后半灌浆套筒抗拉性能试验研究[J]. 工程力学, 2020, 37(05):104-111.

[2]陈海彬, 周建超, 王棒棒. 火灾后套筒灌浆料力学性能试验研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2022, 18(02):145-151.

[3]李明涛. 高温后半灌浆套筒连接力学性能试验研究[J]. 工业建筑, 2022, 52(07):106-112+71.

[4]孙睿成. 高温后带有施工缺陷的半灌浆套筒试件力学性能研究[D]. 安徽建筑大学, 2022.

[5]蔡欧阳. 高温后带有缺陷的全灌浆套筒连接力学性能研究[D]. 安徽建筑大学, 2022.

基金项目：河北省高校自然科学研究青年基金项目（QN2020170）。