本發(fā)明涉及套筒接頭抗拉承載力計算領域，特別是一種考慮灌漿密實性的套筒接頭抗拉承載力評估方法。

背景技術：

近幾年來，隨著結構產業(yè)化發(fā)展，裝配式建筑成為當前建筑工業(yè)化大力推廣和發(fā)展的主要結構形式之一。然而，與現(xiàn)澆式建筑相比，裝配式建筑的整體性和連接質量仍是人們關注的熱點問題，而現(xiàn)有的連接方式中的濕法連接主要采用灌漿套筒接頭。灌漿套筒接頭利用無收縮灌漿料作為粘結材料來連接鋼筋以確保荷載傳遞的連續(xù)性。套筒通常采用鑄造工藝或機械加工工藝制造，灌漿料以水泥為基本材料，配以細骨料，以及混凝土外加劑和其他材料組成的干混料，加水攪拌后具有良好的流動性、早強、高強、微膨脹等性能。

套筒接頭的灌漿質量屬于暗箱，在實際施工中影響梁筋連接套筒灌漿質量的因素不易控制，比如施工人員沒有嚴格遵守規(guī)范進行施工操作、灌漿料漿體泌水等，往往部分套筒接頭存在灌漿密實度不好、頂部脫空缺陷，導致其使用過程中易發(fā)生彎曲破壞，造成接頭處產生很大的拉伸應力，給裝配式建筑的運營埋下了安全隱患。

國外目前的研究主要是基于加工工藝、外形及內腔構造的套筒接頭的單調拉伸性能，雖然灌漿密實度對套筒接頭力學性能有一定的影響，但尚未見報道。而在套筒接頭抗拉承載力的計算方面，目前主要集中在完全密實的接頭抗拉承載力上面，如Jen Hua Ling等研究了WBS和THS兩種套筒，通過擬合18個(9個WBS和9個THS)完全密實的套筒接頭單調拉伸試驗數(shù)據(jù)，得到鋼筋-灌漿料粘結力-滑移模型，與接頭鋼筋的抗拉承載力相比較，得到套筒接頭的抗拉承載力預測值。結果表明：套筒接頭的抗拉承載力預測值與試驗值相比有±10％的偏差。近十年來，國內也開始了灌漿套筒技術研究，但主要是基于齡期和鋼筋種類、外形及內腔構造的套筒接頭單調拉伸性能的研究，如接頭失效模式與抗拉承載力、鋼筋應變、套筒表面應變等。灌漿密實度對于套筒接頭乃至裝配式建筑的整體力學性能影響巨大，而基于灌漿密實度的套筒接頭抗拉承載力評估方法的研究未見報道。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種考慮灌漿密實性的套筒接頭抗拉承載力評估方法，僅通過套筒及鋼筋的設計參數(shù)即可評估套筒接頭的抗拉承載力。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種考慮灌漿密實性的套筒接頭抗拉承載力評估方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：根據(jù)試驗給出關鍵參數(shù)A、B的值；

步驟S2：通過鋼筋-灌漿料粘結力滑移模型計算實際鋼筋-灌漿料粘結力P_b；

步驟S3：根據(jù)接頭鋼筋的抗拉承載力計算公式計算接頭鋼筋的抗拉承載力T_b；

步驟S4：通過比較鋼筋-灌漿料粘結力P_b和接頭鋼筋的抗拉承載力T_b給出套筒接頭的抗拉承載力P_u。

進一步地，所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：測試大批量的不同灌漿密實度的套筒的橫向拉應變ε_t,sl’、大批量的不同灌漿密實度的套筒彈性模量E_sl’、大批量的不同灌漿密實度的灌漿料平均抗壓強度f_u,g’、大批量的不同灌漿密實度的套筒壁厚t_sl’、大批量的不同灌漿密實度的套筒內徑d_sl’、大批量的不同灌漿密實度的接頭鋼筋的直徑d_b’、大批量的不同灌漿密實度的鋼筋錨固長度l_b’、大批量的不同灌漿密實度的鋼筋-灌漿料粘結力P_b’；

步驟S22：采用下式計算不同灌漿密實度的灌漿料作用于鋼筋的切向約束應力u_n：

其中，T_t,sl為套筒接頭橫向拉力，d_sl為套筒內徑，l_b為鋼筋錨固長度；

步驟S23：采用下式計算不同灌漿密實度的灌漿料作用于鋼筋的法向約束應力u_n,b：

其中，d_b為接頭鋼筋直徑，ε_t,sl為套筒應變，t_sl為套筒壁厚，E_sl為套筒彈性模量；

進而得出大批量試驗中考慮不同灌漿密實度的各構件的灌漿料作用于鋼筋的法向約束應力u_n,b'為：

其中，d_b’為大批量試驗中單個接頭鋼筋直徑；ε_t,sl’為大批量試驗中套筒的橫向拉應變；E_sl為大批量試驗中套筒彈性模量；t_sl’為大批量試驗中套筒壁厚；

步驟S24：采用下式計算大批量不同灌漿密實度的鋼筋-灌漿料粘結應力u_b'：

步驟S25：根據(jù)u_b的增長與u_n,b的關系函數(shù)并結合S23和S24測試計算的u_b'、u_n,b'和大批量測試的灌漿料平均抗壓強度f_u,g’，通過最小二乘法擬合參數(shù)A和B；

其中，u_b與u_n,b的關系函數(shù)為：

其中，f_u,g為灌漿料平均抗壓強度；

步驟S26：采用下式計算實際灌漿套筒的鋼筋-灌漿料粘結力P_b：

進一步地，所述步驟S3具體為：采用下式計算接頭鋼筋的抗拉承載力T_b：

其中，k₂為鋼筋抗拉強度和屈服強度的比值，f_y為接頭鋼筋的屈服強度。

進一步地，所述步驟S4具體為：采用下式計算套筒接頭的抗拉承載力P_u：

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明僅通過套筒及鋼筋的設計參數(shù)即可評估套筒接頭的抗拉承載力。

2、本發(fā)明考慮了套筒灌漿的密實度，但又無需知道實際結構中套筒的灌漿密實度。

3、本發(fā)明不會對構件造成任何損傷，能夠對建筑產品的質量實現(xiàn)監(jiān)控，防止因連接失效引起的災難性后果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中套筒-灌漿料應力示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中灌漿料應力示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中套筒應力示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例中接頭鋼筋拉斷破壞示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例中鋼筋-灌漿料粘結滑移破壞示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例中4種灌漿工況示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例中與的擬合示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。

本實施例提供了一種考慮灌漿密實性的套筒接頭抗拉承載力評估方法，是一種通過對不同灌漿密實度套筒(含鋼筋)的試驗測試對實際裝配式結構的灌漿套筒(含鋼筋)的抗拉承載力進行評估計算的方法。

首先根據(jù)試驗給出關鍵參數(shù)A和B值，隨后通過所提的鋼筋-灌漿料粘結力滑移模型計算實際鋼筋-灌漿料粘結力P_b，同時根據(jù)接頭鋼筋的抗拉承載力計算公式計算接頭鋼筋的抗拉承載力T_b，最終通過比較鋼筋-灌漿料粘結力P_b和接頭鋼筋的抗拉承載力T_b給出套筒接頭的抗拉承載力P_u。

具體的，其中，根據(jù)接頭鋼筋的抗拉承載力計算公式計算接頭鋼筋的抗拉承載力T_b，最終通過比較鋼筋-灌漿料粘結力P_b和接頭鋼筋的抗拉承載力T_b，給出套筒接頭的抗拉承載力P_u。具體包括以下步驟：

S1：測試大批量的不同灌漿密實度的套筒(含鋼筋)的橫向拉應變ε_t,sl’、套筒彈性模量E_sl’、灌漿料平均抗壓強度f_u,g’、套筒壁厚t_sl’、套筒內徑d_sl’、接頭鋼筋的直徑d_b’、鋼筋錨固長度l_b’、鋼筋-灌漿料粘結力P_b’、鋼筋抗拉強度值等套筒和接頭鋼筋參數(shù)。

S2：首先計算不同灌漿密實度的灌漿料作用于鋼筋的切向約束應力u_n為：

由于套筒橫向拉應力f_t,sl是套筒應變ε_t,sl和套筒彈性模量E_sl的函數(shù)：

f_t,sl＝ε_t,slE_sl；

而f_t,sl由套筒縱截面面積控制，即：

式中：t_sl為套筒壁厚，l_b為鋼筋錨固長度；T_t,sl為套筒接頭橫向拉力；

即可得出：

T_t,sl＝ε_t,sll_bt_slE_sl；

結合圖1至圖3，根據(jù)靜力平衡原理有：

2T_t,sl＝u_nd_sll_b；

式中：d_sl為套筒內徑；u_n套筒對對灌漿料作用的約束應力；

那么：套筒對灌漿料作用的約束應力u_n為：

S3：計算不同灌漿密實度的灌漿料作用于鋼筋的法向約束應力u_n,b：

由于套筒對灌漿料作用的約束力F_n是套筒對灌漿料作用的約束應力u_n和套筒內表面積A_c,sl的乘積，即：

F_n＝u_nA_c,sl＝u_nπd_sll_b；

又因為套筒對灌漿料作用的約束力等于灌漿料作用于鋼筋的約束力，所以灌漿料作用于鋼筋的法向約束應力u_n,b：

式中：d_b為接頭鋼筋直徑；

那么試驗測試中考慮不同灌漿密實度的各構件的灌漿料作用于鋼筋的法向約束應力u_n,b′為：

式中：d_b’為大批量試驗中單個接頭鋼筋直徑；ε_t,sl’為大批量試驗中套筒的橫向拉應變；E_sl為大批量試驗中套筒彈性模量；t_sl’為大批量試驗中套筒壁厚；

S4：計算不同灌漿密實度的鋼筋-灌漿料粘結應力u_b：

由于鋼筋-灌漿料粘結力P_b通過粘結應力u_b和鋼筋-灌漿料接觸面積的乘積來計算，即：

P_b＝πd_bl_bu_b；

那么，根據(jù)測試的不同灌漿密實度的鋼筋-灌漿料粘結力P_b’可以計算所對應的鋼筋-灌漿料切向粘結應力u_b’：

S5：根據(jù)鋼筋-灌漿料切向粘結應力u_b與灌漿料作用于鋼筋的法向約束應力u_n,b的關系函數(shù)，即結合S3和S4測試計算的u_b’和u_n,b’和測試的灌漿料平均抗壓強度f_u,g’，通過最小二乘法擬合參數(shù)A和B；

S6：計算實際灌漿套筒的鋼筋-灌漿料粘結力P_b：

由于：

以及P_b＝πd_bl_bu_b；

可得：

又由于：

那么最終實際灌漿套筒的鋼筋-灌漿料粘結力P_b為：

S7：計算接頭鋼筋的抗拉承載力T_b：

式中：k₂取鋼筋抗拉強度和屈服強度的比值，一般取1.5；f_y為接頭鋼筋的屈服強度；d_b為接頭鋼筋的直徑；

S8：結合圖4與圖5，可知套筒接頭失效包含兩種失效模式，故評估套筒接頭的抗拉承載力P_u，可由下式計算：

至此，根據(jù)以上步驟，可評估密實度未知的套筒接頭的抗拉承載力。

具體的，在本實施例中，首先對灌漿密實度下4種套筒接頭(D18、D20、D22、D25)進行單調拉伸，圖6為4種灌漿工況。試件的尺寸參數(shù)見表1。每種套筒接頭對應4種工況(100％密實、90％密實、70％密實、50％密實)均分別灌制3個接頭試件。

表1套筒尺寸參數(shù)

(1)通過材料性能試驗獲得灌漿料平均抗壓強度f_u,g’為88.5MPa。

(2)通過構件單調拉伸試驗測試鋼筋-灌漿料粘結力P_b’結果見表2。

(3)通過公式和分別計算各試件的鋼筋-灌漿料粘結應力u_b’與灌漿料作用于鋼筋的約束應力u_n,b’，并計算和結果見表2。

表2 A和B計算相關參數(shù)

(4)通過最小二乘法擬合函數(shù)中的A和B。擬合結果如圖7，那么：A＝0.3612，B＝0.2101。

(5)利用本發(fā)明提出的套筒接頭的抗拉承載力計算方法計算套筒接頭的抗拉承載力。表3為根據(jù)本發(fā)明所提的方法計算的套筒接頭的抗拉承載力P_u,c與實測的套筒接頭抗拉承載力的試驗值P_u,e。

表3實測結果與計算結果比較

表中：T_b,c,P_b,c,P_u,c分別為計算的接頭鋼筋承載力、灌漿套筒的鋼筋-灌漿料粘結力和套筒接頭的抗拉承載力。R_r為套筒接頭抗拉承載力的試驗值P_u,e與計算值P_u,c的比值即P_u,e/P_u,c。

從表3可以看出套筒接頭的抗拉承載力P_u,c與實測的套筒接頭抗拉承載力的試驗值P_u,e二者較為吻合。說明利用本發(fā)明可以在套筒灌漿密實度未知時，不對套筒破壞的情況下，評價套筒接頭抗拉承載力。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。