鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置設(shè)計

摘要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系的整體性能受到節(jié)點連接的直接影響和決定，鋼管混凝土節(jié)點連接的設(shè)計起著非常關(guān)鍵的作用。為解決現(xiàn)有鋼管混凝土結(jié)構(gòu)連接方法存在的問題，提出了一種新型的連接方法，鋼管混凝土灌漿套筒連接方法，并詳細說明了灌漿套筒連接裝置的構(gòu)成、施工方法和應(yīng)用的范圍。此灌漿套筒連接裝置具有施工簡單、承載力高等特點，并且傳力明確、安全可靠，為鋼管混凝土的推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；灌漿套筒；連接裝置

中圖分類號： TU39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

具有承載力高、延性好等優(yōu)點的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，近年來在實際工程施工中應(yīng)用越來越廣泛，對其理論和試驗研究也隨之增多[1，2]。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接目前主要采用法蘭連接或者焊接連接。而采用法蘭連接或焊接容易導(dǎo)致接口縫隙或遭受腐蝕，連接安全性差，同時需要高精度加工的鋼管混凝土連接器件，造價成本較高[3]。鋼管混凝土節(jié)點的連接過程中存在很大問題，在一定程度上給其在實際的施工推廣應(yīng)用造成很大影響。因此，解決鋼管混凝土節(jié)點連接出現(xiàn)的問題，設(shè)計一些受施工簡單、安全可靠的鋼管混凝土節(jié)點連接裝置，將會使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更加廣泛[4]。

1.設(shè)計原理

鋼管混凝土的外部套筒使套筒內(nèi)部的混凝土受到三個方向的受力，使鋼管混凝土的極限承載力大大提高，并且使其延性得到改善，極限壓縮應(yīng)變有所提高，很大程度上提高了混凝土的工作性能。R.Park.andT.Paulay做了與圓柱體在三向受壓作用下相關(guān)的的應(yīng)力應(yīng)變曲線，如圖1所示，可以看出壓力的不斷加大，試件的強度和延性都有了顯著的增強。

加載開始階段，套筒鋼管混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線程直線，基本處于彈性階段，鋼管和混凝土的應(yīng)力都比較小。對于泊松比而言，由于混凝土比鋼材小，使得外部鋼管的環(huán)向變形相對混凝土較大，如果鋼管內(nèi)部混凝土強度高與鋼管的粘結(jié)好，將使核心混凝土徑向受拉變小。當(dāng)施加的荷載逐漸變大，套筒鋼管混凝土受到的的軸向應(yīng)力也逐漸變大，應(yīng)變增長較快，應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀也隨之發(fā)生變化。當(dāng)核心混凝土的環(huán)向變形大于鋼管時，混凝土即受到了被動側(cè)壓力的作用，使外部鋼管同時受縱向壓應(yīng)力和均勻的切向拉應(yīng)力。

隨著施加荷載的增大，鋼管混凝土的縱向應(yīng)變的增長速度加快，鋼管本身的縱向壓應(yīng)力減小，切向拉應(yīng)力逐漸變大。即使減小了鋼管的縱向承載力，由于切向應(yīng)力的存在使核心混凝土的約束力得到了顯著的提高，很大程度上加大鋼管內(nèi)部混凝土的三軸抗壓強度。鋼管混凝土的極限軸力通過其達到承載力極限值時測得。應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著混凝土所受到的縱向應(yīng)力的增加逐漸下降。最終，鋼管局部出現(xiàn)很明顯的鼓凸破壞。

2.灌漿套筒連接裝置構(gòu)造設(shè)計

鋼管混凝土在施工方面應(yīng)用廣泛，灌漿套筒鏈接裝置的設(shè)計解決了節(jié)點連接問題，為鋼管混凝土的連接提供了安全可靠的連接方式，使鋼管混凝土的連接更加牢固，加強節(jié)點位置的受力性能，同時為現(xiàn)場施工作的鋼管混凝土連接提供參考。

鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置主要由外部套筒、連接套筒的底板、加勁肋板和套筒凸齒組成。外部套筒由一段無縫圓形鋼管組成，套筒底板是一個具圓形的環(huán)形鋼板，中間開口，與下部鋼管焊接；加勁肋板，焊接在套筒底板上表面與套筒連接位置處，由4塊三角形小鋼板組成；在套筒內(nèi)部的上沿口焊接一個環(huán)形鋼筋圈構(gòu)成了連接裝置的套筒凸齒。

鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的施工方法簡單，安裝便捷，其具體的施工順序為：（1）以鋼管混凝土外部方鋼管的具體尺寸和連接所需的強度為依據(jù)，在工廠分別加工制作連接套筒、套筒底板、加勁肋板及套筒凸齒各個組成部分；（2）將鋼管混凝土連接裝置的各部分組成構(gòu)件分別按照要求組裝裝焊接在一起。在套筒的下沿口位置內(nèi)部焊接套筒底板，避免套筒與套筒底板連接不牢固，在外部套筒和下部底板的連接位置處焊接三角形加勁肋板，再焊接套筒凸齒，鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置制作完成；（3）在工地的施工場地施工時，吊裝灌漿套筒連接裝置上部的鋼管，放在連接套筒內(nèi)部，調(diào)整位置后臨時固定，并在豎直和水平上找平；（4）找平結(jié)束后將微膨脹高強灌漿料灌入套筒內(nèi)部與鋼管的縫隙內(nèi)部，等灌漿料強度達到要求，撤去臨時支撐即完成了上下鋼管的固定與連接；（5）為防止鋼管底部澆筑混凝土?xí)r存留空氣，向固定連接好的鋼管內(nèi)部應(yīng)用導(dǎo)管澆注混凝土，并及時按規(guī)定的要求定期養(yǎng)護，既完成鋼管混凝土的施工。

3.應(yīng)用范圍

與目前存在的鋼管混凝土連接方法相比，本鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的最大特點是：以被連接鋼管規(guī)格大小和連接時所需的強度為依據(jù)，可以預(yù)先設(shè)計組成鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置的套筒、套筒底板、加勁肋板和套筒凸齒各部分構(gòu)件，在加工工廠制作，然后按照鋼管混凝土連接裝置圖紙分別對各部分構(gòu)件組裝成，在施工現(xiàn)場施工時只需在連接套筒裝置內(nèi)部灌入高強灌漿料。鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置具有連接可靠、施工簡單、適宜各種環(huán)境施工等優(yōu)點，可用于預(yù)制鋼管混凝土邊框剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，以及土木工程施工過程中涉及到的鋼管連接問題。本鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置具有良好的延性，受力明確，避免了法蘭連接和焊接連接等方法時出現(xiàn)的許多問題，應(yīng)用范圍涉及面廣，具有良好的實用效果。

4.結(jié)論

近年來國內(nèi)外眾研究人員對于鋼管混凝土的連接問題進行了許多的研究，但是現(xiàn)在的研究還存在著許多問題，如技術(shù)不夠硬，連接方法復(fù)雜，連接裝置的傳力不明確，節(jié)點形式?jīng)]有統(tǒng)一規(guī)范，很大程度上限制了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用。鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置設(shè)計理論充足，施工簡單快捷，受力合理，對鋼管混凝土節(jié)點的連接方法設(shè)計提供參考，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用得到推廣。

參考文獻

[1]任宏偉， 陳建偉， 蘇幼坡. 鋼管混凝土柱節(jié)點機械連接設(shè)計及其力學(xué)性能試驗研究[J]. 世界地震工程， 2013， 29（4）：119-125.

[2] 韓瑞龍，施衛(wèi)星，周洋.灌漿套筒連接技術(shù)及其應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015，35（8）：73-75，84.

[3]趙媛媛，蔣首超.灌漿套管節(jié)點技術(shù)研究概況[J].工業(yè)建筑，2014，39：514-517.

[4] 過鎮(zhèn)海.多軸應(yīng)力作用下混凝土的強度和破壞準(zhǔn)則的研究[J]. 土木工程學(xué)報， 2014， 24：1-14.