【某新型灌浆套筒连接工作机理综述4400字】

某新型灌浆套筒连接工作机理综述目录TOC\o"1-3"\h\u19247某新型灌浆套筒连接工作机理综述 1249981.1钢筋灌浆套筒连接件的约束机理 1247341.1.1圆柱形套筒的约束机理 2179961.1.2缩口形套筒的约束机理 2124051.1.3GDPS套筒的约束机理 360291.1.4新型灌浆套筒约束机理 3194491.2钢筋灌浆套筒连接件的粘结机理 487761.3套筒筒壁应力计算分析 4293311.1.1钢筋与灌浆料受力分析 6159311.1.2套筒与灌浆料环向受力分析 7171781.1.3套筒的竖向受力分析 9257711.1.4影响因素 10理论上对于灌浆套筒连接接头有四种破坏形式ADDINNE.Ref.{B28A12F4-7555-487A-A960-79493025210D}[25]：（1）套筒发生断裂破坏；（2）套筒外钢筋被拉断破坏；（3）钢筋发生拔出破坏，主要是因为钢筋和灌浆料结合面在钢筋被拉断前产生明显的粘结滑移所导致。（4）灌浆料发生拔出破坏，是由于灌浆料套筒接合面在钢筋拉断前产生明显的粘结滑移所导致的。在这四种模式中，相对理想的破坏模式是指套筒外钢筋受力直接断开，同时灌浆料内部出现感觉拔出也会造成破坏。一般来说，破坏模式往往与搭接钢筋极限抗拉力和两种材性接触面上粘结力的最低值密切相关，当钢筋极限抗拉力低于粘结力时，接头为钢筋拉断破坏；否则发生钢筋滑移拔出破坏。1.1钢筋灌浆套筒连接件的约束机理灌浆套筒连接件包括钢筋、套筒和浆料三部分内容，常见的连接方式是通过灌料可以将两者粘结到一起。若有外部载荷的作用力，那么便转变成钢筋、灌料和套筒三者的相互关系，呈现出力由一侧的钢筋传递至另一侧钢筋的情况。在拉伸环节因为钢筋的锥楔作用将造成灌浆料出现膨胀形变，而套筒对灌浆料的膨胀会产生约束作用，可以减缓灌浆料的劈裂并提高钢筋的粘结强度ADDINNE.Ref.{7C022E1A-C341-4805-9C4A-F67574D7790D}[48-52]。钢筋灌浆套管的连接部分由钢筋、钢套管和高强度水泥灌浆材料组成。连接模式主要依靠灌浆材料将两者粘合在一起。在外部负载作用下，力传输主要是钢筋、灌浆材料与钢套之间的相互作用。最后的力从钢筋的一端传送到加固程的另一端。在拉伸过程中，由于加固的锥形楔形作用，灌浆材料膨胀变形，而套管会抑制灌浆材料的膨胀，从而减缓灌浆材料的分裂，提高加固的粘结强度。在具体施工过程中，同样出现各种类型的套筒结构，如圆柱形套筒、锥形套筒。由于形状不同，受力过程不同，约束效果也不同，所以要具体结构进行具体分析，不能混为一谈。那么，接下来本文将对常见的套筒形状进行简单的受力特征分析。1.1.1圆柱形套筒的约束机理图1.1圆柱形套筒形式通常来说，套筒内壁结构对套筒约束机理、约束效果是非常明显的，且套筒应变有着显著差异特点。如图1.1所示为Eniea等ADDINNE.Ref.{D18C8F25-1DAC-41CA-B9A0-8C61028D1624}[21]中描述的圆柱形套筒，由于这种套筒的结构形式主要体现在套筒内表面是光滑的，主要作用力便是套筒内壁和灌浆料间的化学粘结力、顶部灌浆料和钢筋的约束主力，钢筋与浆料的粘结力。经过对钢筋套筒连接件开展全面的受力分析，不难看出：因为套筒内测灌浆料和套筒相互挤压将会造成相对明显的裂变，套筒环向力会转变成拉应力，套筒轴向也将受到挤压应力，同时套筒环向应力受力总和要超过轴向压变应力。由于灌浆料应力吸收特性以及止推环对灌浆料起到很小的作用，从而使得套筒对于灌浆料的约束作用相对滞后。1.1.2缩口形套筒的约束机理图1.2缩口形套筒形式Ling等ADDINNE.Ref.{EB4F98AF-656E-4B62-A07C-62802CB9DAE3}[21]中描述的缩口形套筒，显而易见，如图1.2所示，套筒端部进行缩口加工处理，套筒内壁相对光滑，若有外载荷对其施加作用力那么套筒倾斜将对灌浆料形成较大的阻力效果，套筒内部表面和灌浆料间将会存在化学粘结力、摩擦力、套筒顶部对灌料约束力和钢筋对灌料约束力等应力，通过分析，得到的实验结果说明：套筒的轴向会产生压应变，同时套筒环向力与受到外部载荷作用力是密切相关的。通常来说，前期是压应变，随着灌浆料持续加注将会由环向压应变转变成拉应变。1.1.3GDPS套筒的约束机理图1.3GDPS套筒形式图1.3为常规的GDPSADDINNE.Ref.{628A8A29-1809-4A7D-B5D1-203DFFFE790A}[9]套筒形式图，套筒筒壁分为光滑段与变形段。实验结果表明：GDPS套筒变形段部分具有凸凹不平的环状结构槽，灌浆料与套筒内表面形成较大的环向挤压力，因此套筒在轴向力影响下，套筒将呈现出压应变。灌浆料和套筒相互作用，可能出现相对滑移情况，与主动约束是非常相似的。在GDPS套筒内部中环肋数量也对连接构件造成较大效果。若环肋数量越多或套筒变形段过长，造成轴向力也将增加，进而造成套筒内的第一道肋处出现断裂。1.1.4新型灌浆套筒约束机理图1.4新型灌浆套筒形式为了验证影响套筒-灌浆料横截面粘结性能的因素，通过对相关文献ADDINNE.Ref.{801A0FBC-887D-4D16-8865-9E352AB0C90B}[53,54]进行查阅，最后确定套筒内腔结构是其决定性因素，并在本文抗剪性设计和研究过程中，分析研究数据表明不同类型套筒都适用这一结论。因此改变套筒内壁结构，比如内部形状以及不同的内壁平整度以满足抵抗抗减力的要求。通过这一方法可大致认定更改界面摩擦系数，可以增大套筒在拔出过程中需要的力。在有锥楔块的情况下，当钢筋处于受拉状态时，应力由从钢筋传递给灌浆料。套筒内部的螺纹提供倾斜平面，并增大了受力面积的作用，增加灌浆料与套筒的拉拔摩擦系数。倾斜平面的功能如下：由于在实际应用中，套筒主要受到来自水平方向的拉力，因此若利用套筒内螺纹对抗平行斜面的力，在平行斜面力增强出现界面滑动现象时，灌浆料抗压强度小于垂直于斜面的应力时，则出现灌浆料发生剪切破坏。灌浆料在锥楔块的阻碍没有足够的滑移空间，但是应力更为集中，在锥楔块局部区域更容易出现破坏，在锥楔块处套筒的应变值会在这种情况下积累，并且在内生的损伤之下，套筒在之后的应变变化中会逐渐减少并趋于稳定。1.2钢筋灌浆套筒连接件的粘结机理通常来说，在套筒可能会出现的各类损伤中，由于钢筋套筒灌浆链接部位受到外力作用最强，磨损情况最多，进而经常导致此处因粘结滑移而受到破坏ADDINNE.Ref.{6B0569E0-0E13-4778-AA26-1CBB4B3DCA83}[55-58]。这一破坏的表现为灌浆料与套筒或锚固钢筋由于相对滑动而出现损伤。如果是钢筋因为粘结滑动而产生损坏，那这一损坏发生可概括为如下：首先，如果过程发生在强化阶段前，那么这一损坏的表现与钢筋拉断破坏的现象是非常类似的，若继续进入强化阶段，套筒内部灌浆中裂缝将逐渐增加，此外在压力的作用下，灌浆料也会被破坏。同时在水平方向上灌浆料咬合齿将由于剪切力作用而可能会被剪断，在水平方向上，被破坏的咬合齿会留在套筒钢筋横肋的基部，进而使得原本的系统中出现一个新的滑移面。摩擦力降低，进而造成钢筋夹杂的剪断相应的灌浆料也将被慢慢拔出，两者的滑移面也将变得光滑。通常来说，构件出现粘结滑移破坏主要是因为灌浆料和钢筋的作用力已经超过灌浆与钢筋牢固的粘结力。通常来说，经过粘结滑移后，粘结力已经遭受到破坏，灌浆料间的摩擦力成为新的约束阻力。由此可见，若套筒灌浆钢筋等部件出现连接滑移的情况，其作用力有机械咬合力与粘结力转化为机械咬合力与摩擦力的过程。1.3套筒筒壁应力计算分析结合套筒内壁厚度相应概念ADDINNE.Ref.{721FCD3B-B8E9-4FF1-A346-E7342F8616AF}[55-58]，结合钢筋受力中横向力F的影响，再对套筒灌浆连接元件中钢筋与灌浆料、灌浆料与套筒间的受力情况开展分析，设计出套筒壁纵向、横向应力和钢筋横向作用力的数值模型。套筒相应的受力分析可以参考图1.5（a），灌浆料的受力分析可以参考图1.5（b）。假设套筒和灌浆料的作用力分别是和作用。表示钢筋半径，表示套筒相应内半径，表示套筒外半径，即套筒、灌浆料以及钢筋上的应力满足式： (3-1)代入相应的边界条件要求： (3-2)将3-2代入3-1式得： (3-3)因讨论的是多连续体问题，故要考虑位移单值条件，可推出B=0，从而A和2C。 (3-4)将3-4式代入3-1式中，整理得出3-5式： 径向应力： 环向应力： (3-5)由图可求得套筒筒壁的周向应力为： (3-6)（a）套筒的受力图（b）灌浆料受力图图1.5套筒连接件应力状态推导过程基于两个假设：（1）在轴向钢筋拉力P的作用下，钢筋和灌浆料位置的平均粘结力大小是用可通过如下表达式来计算得到： (3-7)其中，P是指钢筋中相应轴向力（N)，是指套筒中锚固长度，单位是mm，表示锚固钢筋直径大小。（2）一般来说，套筒长度往往要超过套筒内壁厚度，为此在计算过程中能够将半灌浆套筒看成平面轴对称，也就是全部的剪切力将传递到套筒，将在钢筋锚固位置达到极限值。1.1.1钢筋与灌浆料受力分析如图1.6所示是表示灌浆套筒连接件中锚固钢筋的受力分析图。结合锥楔作用相应力传递原理ADDINNE.Ref.{FFD36246-853E-4D0A-9688-566E67ADFA17}[55-58]，由于受到钢筋轴向力P的影响，钢筋料也将受到钢筋对其横向剪应力q，计算表达式如下： (3-8)式子中：q表示钢筋受到的横向作用力，表示钢筋肋和灌浆料接触面夹角，表示钢筋肋和灌浆料的摩擦系数。图1.6钢筋与灌浆料受力图1.1.2套筒与灌浆料环向受力分析（1）灌浆料的受力分析通过对半灌浆套筒连接环内部开展受力分析，发现内环主要的作用力有灌浆料造成的径向应力、钢筋与灌浆料相互作用力，灌浆料内部的拉力，如图1.7所示：若出现情况，那么套筒内壁的灌浆料面积以表示。结合灌浆料微段相应受力平衡进行分析，可以得到如下计算表达式： (3-9)当，求得套筒与灌浆料径向应力为： (3-10)式子中，表示套筒内半径，表示灌浆料拉压应力平均值。图1.7灌浆料截面受力图图1.8套筒筒壁截面受力图(2)套筒的横向受力分析套筒内壁的受力分析如图1.8所示，内壁仅仅受到径向应力的作用。若假设，可得到筒壁上的周向应力和钢筋横向作用力q的关系为： (3-11)式子中，为套筒外半径，为套筒内半径。（3）灌浆料拉应力与q的关系理论上，可以把套筒与灌浆料当成整体，那么结合厚壁圆筒理论不难计算得到筒壁的周向应力以及钢筋相应横向力q存在内部关系，计算表达式如下： (3-12)联立上式，求得灌浆料拉应力平均值： (3-13)半灌浆套筒连接件中灌浆料对应的受力分析可以参考如图1.9和1.10所示。结合平面周对称静态方程，可以看到灌浆料在内部的受力情况ADDINNE.Ref.{595A406E-C160-4AB1-BAAF-807A627711CC}[50,64]。结合厚壁圆筒理论，不难计算出灌浆料相应的周向应力大小： (3-14)图1.9灌浆料范围图1.10灌浆料应力图示当时且时，将3-10式代入3-14中可得到和为： (3-15) (1.16)1.1.3套筒的竖向受力分析通过对半灌浆套筒连接件进行受力分析如图1.11所示，尝试计算出轴向力P作用情况。能够以套筒径向看成X轴，周向看成Y轴，纵向看成Z轴，那么结合钢筋拉力与套筒灌浆连接处的粘结力达到平衡状态，可以发现套筒表面z位置，套筒截面相应纵向力是与轴向力P的满足如下关系式ADDINNE.Ref.{0B12908F-FC96-4ED6-9240-B3987AD8452B}[29]： (3-17) (3-18)式子中，表示纵向应力，表示套筒外半径。因为轴向应力较小，可以直接忽略不计。由于套筒末端能够自由伸缩，结合胡克定律能够建立起换件套筒连接件的横向应力计算表达式： (3-19)代入、，简化得 (3-20)图1.11套筒横向截面示意图结合厚壁圆筒理论和以上的分析，我们能够得到有关半灌浆套筒连接件筒壁纵向应力与横向应力相应计算表达式： (3-21) (3-22)1.1.4影响因素通过以上的分析，我们发现钢筋直径、锚固长度和套筒厚壁大小都将影响套筒灌浆连接件的承载力。（1）锚