鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置設計

摘要：鋼管混凝土結構體系的整體性能受到節點連接的直接影響和決定，鋼管混凝土節點連接的設計起著非常關鍵的作用。為解決現有鋼管混凝土結構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成、施工方法和應用的范圍。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用提供了理論依據。

關鍵詞：鋼管混凝土；灌漿套筒；連接裝置

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

具有承載力高、延性好等優點的鋼管混凝土結構，近年來在實際工程施工中應用越來越廣泛，對其理論和試驗研究也隨之增多[1，2]。鋼管混凝土結構的節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用造成很大影響。因此，解決鋼管混凝土節點連接出現的問題，設計一些受施工簡單、安全可靠的鋼管混凝土節點連接裝置，將會使鋼管混凝土結構的應用更加廣泛[4]。

1.設計原理

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

隨著施加荷載的增大，鋼管混凝土的縱向應變的增長速度加快，鋼管本身的縱向壓應力減小，切向拉應力逐漸變大。即使減小了鋼管的縱向承載力，由于切向應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。應力應變曲線隨著混凝土所受到的縱向應力的增加逐漸下降。最終，鋼管局部出現很明顯的鼓凸破壞。

2.灌漿套筒連接裝置構造設計

鋼管混凝土在施工方面應用廣泛，灌漿套筒鏈接裝置的設計解決了節點連接問題，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，加強節點位置的受力性能，同時為現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；在套筒內部的上沿口焊接一個環形鋼筋圈構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，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，放在連接套筒內部，調整位置后臨時固定，并在豎直和水平上找平；（4）找平結束后將微膨脹高強灌漿料灌入套筒內部與鋼管的縫隙內部，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時存留空氣，向固定連接好的鋼管內部應用導管澆注混凝土，并及時按規定的要求定期養護，既完成鋼管混凝土的施工。

3.應用范圍

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：以被連接鋼管規格大小和連接時所需的強度為依據，可以預先設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件組裝成，在施工現場施工時只需在連接套筒裝置內部灌入高強灌漿料。鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置具有連接可靠、施工簡單、適宜各種環境施工等優點，可用于預制鋼管混凝土邊框剪力墻結構體系中，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的許多問題，應用范圍涉及面廣，具有良好的實用效果。

4.結論

近年來國內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，但是現在的研究還存在著許多問題，如技術不夠硬，連接方法復雜，連接裝置的傳力不明確，節點形式沒有統一規范，很大程度上限制了鋼管混凝土結構體系的應用。鋼管混凝土灌漿套筒連接裝置設計理論充足，施工簡單快捷，受力合理，對鋼管混凝土節點的連接方法設計提供參考，使鋼管混凝土結構體系的應用得到推廣。

參考文獻

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

[2] 韓瑞龍，施衛星，周洋.灌漿套筒連接技術及其應用[J].建筑結構，2015，35（8）：73-75，84.

[3]趙媛媛，蔣首超.灌漿套管節點技術研究概況[J].工業建筑，2014，39：514-517.

[4] 過鎮海.多軸應力作用下混凝土的強度和破壞準則的研究[J]. 土木工程學報， 2014， 24：1-14.