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钢筋套筒灌浆连接技术应用浅析（上）
钢筋套筒灌浆连接技术相关的规范已经逐步发布，但在国内的实际项目应用案例还不多。本系列文章通过两个与钢筋套筒灌浆连接技术相关的试验对实际施工应用进行了相应的分析，旨在总结施工过程中的关键步骤及可能的解决方案，以供相关人员研究参考。
背景
钢筋套筒灌浆连接技术的雏形最早是上个世纪70年代由美国结构工程师Yee博士压法的NMB连接套筒，后来在日本的住宅建筑中得到了一定的应用研究和发展。目前，该连接技术应用较多的地区为美国和日本，但都为个别项目，属于研究型应用，并未形成大面积的推广应用地区。
钢筋套筒灌浆连接主要应用于装配式混凝土结构中预制构件钢筋连接、现浇混凝土结构中钢筋笼整体对接以及既有建筑改造中新旧建筑钢筋连接，其从受力机理、施工操作、质量检验等方面均不同于传统的钢筋连接方式。
JGJ 1-2014《装配式混凝土结构技术规程》中注明钢筋套筒灌浆连接是指在预制混凝土构件内预埋的金属套筒中插入钢筋并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋连接方式（见JGJ 1-2014《装配式混凝土结构技术规程》2.1.10）。这种连接方式所采用的套筒应符合现行行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398-2012的规定，所采用的灌浆料应符合现行行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408-2013的规定。
钢筋套筒灌浆连接技术应用于装配式混凝土结构中竖向构件钢筋对接时，金属灌浆套筒常为预埋在竖向预制混凝土构件底部，连接时在灌浆套筒中插入带肋钢筋后注入灌浆料拌合物；也有灌浆套筒预埋在竖向预制构件顶部的情况，连接时在灌浆套筒中倒入灌浆料拌合物后再插入带肋钢筋。虽然套筒和灌浆料均有行业标准参考制作，但具体操作施工暂时没有相应规范指导（《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355-2015于2015年1月9日正式发布，将于2015年9月1日正式实施，目前暂未找到正式文本），为此能够掌握钢筋套筒灌浆连接结构的具体性能和施工操作方法，我们与湖南大学合作进行了“钢筋灌浆套筒连接静力试验”和“采用钢筋灌浆套筒连接的预制剪力墙结构的低周反复荷载抗震试验”。
【试验一：钢筋灌浆套筒连接静力试验】
通过对钢筋套筒灌浆连接进行静力试验，研究钢筋套筒灌浆连接的基本受力性能，验证钢筋套筒灌浆连接的可靠性。
试验用的套筒连接件为半灌浆连接形式（套筒一端与钢筋螺纹连接，另一端与钢筋通过灌浆料连接），如图1-1所示，各部参数如表1-1所示。钢筋直径选取了4种规格（14mm、18mm、22mm和25mm），为了模拟施工中可能出现的偏拉情况，钢筋相对于套筒中心的位置设置了不同的偏心距（0mm、2mm、4mm及6mm）。根据灌浆料设计强度等级为C60。
▲ 图1-1 套筒连接件示意图
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连接件各部位尺寸
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d=14
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d=18
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d=22
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d=25
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备注
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总长度L
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140
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160
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195
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238
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螺纹段长度L1
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24
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29
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32
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35
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灌浆段长度L2
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100
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117
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148
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190
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螺纹间距
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M14.7x2.0
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M18.0x2.5
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M23.0x2.5
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M26.0x3.0
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牙型角
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60
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60
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60
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60
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60
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▲ 表1-1 钢筋套筒灌浆连接静力试验套筒参数
*d为钢筋直径
在钢筋表面粘贴一个应变片，套筒表面粘贴两个应变片，纵向应变片和横向应变片各一个，分别测量静力试验过程中，钢筋和套筒的应变变化情况。钢筋套筒灌浆连接试件如图1-2所示，试件参数如表1-2所示。
▲ 图1-2 钢筋套筒灌浆连接试件
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试件编号
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钢筋直径mm
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钢筋偏位/mm
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GS14-1,2,3
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14
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0
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GS18-1,2,3
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18
|
0
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GS18-4
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18
|
2
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GS18-5
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18
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4
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GS18-6
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18
|
6
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GS22-1,2,3
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22
|
0
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GS25-1,2
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25
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0
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▲ 表1-2 钢筋套筒灌浆连接静力试验试件参数
*钢筋强度等级为HRB400 *采用专用的与钢筋直径匹配的套筒
采用万能材料试验机进行钢筋套筒灌浆连接静力试验及灌浆料试块抗压强度试验，钢筋及套筒的应变信息采用TDS-530静态数据采集仪采集（试验装置如图1-3所示）。
▲ 表1-3 试验装置
通过TDS-530静态数据采集仪采集到的数据，如图1-4所示
▲ 图1-4(a) 荷载-位移曲线 ▲ 图1-4(b) 荷载-应变曲线
▲ 图1-4(c) 试件破坏图
▲ 图1-4 试件GS14-1
通过对表1-2中所示14根试件逐根进行试验，将构件的屈服荷载、最大承载力及破坏形式等试验数据归纳总结如表1-3所示。
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试件编号
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钢筋直径/mm
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钢筋偏位/mm
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屈服荷载/kN
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最大承载力/kN
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破坏形式
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GS14-1
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14
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0
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77
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98.7
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钢筋拉断
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GS14-2
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14
|
0
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79
|
101.9
|
钢筋拉断
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GS14-3
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14
|
0
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82.5
|
101.7
|
钢筋拉断
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GS18-1
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18
|
2
|
120
|
164.6
|
钢筋拉断
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GS18-2
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18
|
2
|
120
|
164.7
|
钢筋拉断
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GS18-3
|
18
|
0
|
120
|
165.8
|
钢筋拉断
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GS18-4
|
18
|
6
|
118
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166.0
|
钢筋拉断
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GS18-5
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18
|
4
|
116
|
162.5
|
钢筋拉断
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GS18-6
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18
|
4
|
113
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157.5
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钢筋拉断
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GS22-1
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22
|
0
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180
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232.3
|
钢筋拔出
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GS22-2
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22
|
0
|
170
|
233.3
|
钢筋拔出
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GS22-3
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22
|
0
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175
|
233.9
|
钢筋拔出
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GS25-1
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25
|
0
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225
|
287.9
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螺纹滑丝
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GS25-2
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25
|
0
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—
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186.8
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螺纹滑丝
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▲ 表1-3 试验结果归纳 *试件GS25-2破坏前未屈服(见图1-5)
▲ 图4 GS14-1试件破坏图
▲ 图1-5 试件GS25-2试件破坏图
试验结果中，直径为14mm、18mm的9个试件，失效点均为钢筋处，证明其连接符合设计要求；而直径为22mm、25mm的5个试件均出现在钢筋未断裂时连接已经失效的情况，说明这5个试件的连接强度要弱于钢筋本身的抗拉极限载荷。按照试验试件总数14件来计算，不合格率达到35%，实际现场施工过程中的环境和条件要比实验室的差很多，其不合格率可能会更高。
造成如此高的不合格率的原因到底是什么呢？通过对灌浆料的预留试块进行检测，其实际试验强度为44.5MPa，此次试验制备的灌浆料的强度未达到设计强度。此次拉拔试验的试件采用的是手动灌浆的方式，很有可能在制备灌浆用的浆料时，为了单方面满足浆料的流动度而未严格按照原料配比或者分批次连续搅拌进行灌浆料的制备，导致灌浆料实际试验强度不够。因此，在失效的5个试件中，有3个是钢筋直接拔出，极有可能是因为灌浆料的试验强度不够造成的；而其他2个螺纹滑丝造成的失效，这很有可能是因为对钢筋端部的螺纹加工质量未保证或钢筋本身的材质未达标。
此次试验过程反映出钢筋套筒灌浆技术在实际应用时，为了保证连接可靠，需要对连接的各个部件进行严格的质量把关，例如半灌浆连接形式中钢筋端部的螺纹加工、灌浆料的制备等。
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