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高温下钢筋连接套筒的力学性能试验研究

文章来源:直螺纹套筒   作者:钢筋套筒    发布时间:2018-12-05 09:56   浏览次数:

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  在钢筋混凝土结构中,钢筋的连接形式对结构的整体性能有一定的影响,合理的连接形式能有效的提高其结构的强度,经济性,加快施工进度等。目前国内钢筋混凝土结构中常用的钢筋连接方式有以下3种:焊接连接、绑扎搭接、机械连接,在实际工程中应根据不同的情况采取合理的连接方式。随着我国钢筋机械连接技术的不断发展,钢筋连接套筒挤压连接作为一种新型机械式钢筋连接措施,与传统的搭接和焊接相比具有接头性能可靠、质量稳定、设备简单轻巧、施工速度快、节约钢材、不受气候及焊工技术水平的影响、安全无火灾隐患等优点。因此,套筒连接技术被广泛应用于各类高层建筑以及一些重大工程,并且得到了普遍好评。然而随着建筑火灾的频发,建筑结构火灾下的安全分析以及钢筋抗火性能研究的日益深入,研究采用套筒连接的钢筋在高温下的力学性能显得十分必要。

  1 试验概况

  1.1 试验设备

  试验采用的加载设备为 试验机,升温装置为筒式电热炉和温控仪。试验地点为武警学院工程系力学实验室。

  1.2 试验材料

  采用的钢筋连接套筒由中国建筑科学研究院建硕股份有限公司设计并提供,选用两种不同类别的钢筋连接套筒接头——普通套筒与冷压套筒,套筒均按三级钢做成。试件分3组,共11根,其中4根为细晶钢筋普通套筒连接、4根为细晶钢筋冷压套筒连接、3根为普通三级钢普通套筒连接,如图1所示。钢筋直径都为20mm。

  


  1.3 试验方法及过程

  试验中细晶钢筋普通套筒和冷压套筒采用150℃、300℃、450℃、600℃这4个温度观测点,三级钢筋普通套筒采用200℃、400℃、600℃这3个观测点,共6个温度段。将试件放入筒式电热炉内,安装电子应变仪,加热至预定温度后保持恒温15min,并对高温引起的自由膨胀变形清零,以0.5kN/s的加载速度开始加载,考虑到极限强度对耐火设计意义不大以及电子应变仪的量程限制,加载至试件屈服进入强化阶段后停止试验。试验测量了不同温度下钢筋的屈服力、屈服强度、轴向变形、弹性模量等力学性能指标。

  2 试验结果及分析

  2。1 试验现象

  从试验结果可以看到,拉伸试验的破坏发生在远离套筒接头的钢筋母材上,当温度低于450℃时,恒温15min后进行钢筋的材性试验,发现都有滑移现象。由于试验设备及其加工工艺的原因[3],钢筋与套筒挤压连接后的粘结能力存在一定缺陷,导好限滑移量的增大。

  2。2 力学性能指标

  2。2。1 应力-应变关系

  通过处理实验数据,得到了高温下采用不同套筒连接的钢筋的应力-应变曲线,如图2、图3所示。并且与通长钢筋在高温及常温下的应力-应变曲线作对比(图4),可以看出采用套筒连接的钢筋与无连接形式的钢筋的应力-应变曲线几乎是吻合的,可以认为钢筋在高温下采用套筒连接对其应力-应变曲线影响较小。

  


  


  2。2。2 屈服强度及弹性模量

  试验可得,钢筋在高温下力学性能发生了改变,其屈服强度和弹性模量随着温度的升高几乎成线性下降,以细晶钢筋普通套筒连接为例,其弹性模量与常温下比较,150℃时降低7%,300℃时降低了27%,450℃时降低了42%,600℃时降低了59%。表1给出了高温下钢筋屈服强度和弹性模量的劣化结果及折减系数。

  表1 高温下细晶钢筋屈服强度与弹性模量劣化结果表

  


  3 力学模型

  经回归分析试验结果,得到了高温下钢筋的屈服强度、弹性模量的变化模型。国内外学者普遍认为,在300℃以内普通热轧钢筋各力学性能指标的降低幅度很小,与常温状态下基本无异,然而从表1可以看出,在150℃的条件下,该次试验普通套筒连接的细晶钢筋屈服强度已经下降了10%左右,因此众多学者针对普通热轧钢筋提出的高温本构模型并不适用于套筒连接下的细晶钢筋。为吻合该次试验数据,文章给出了高温下钢筋连接套筒力学性能的拟合公式,并且与高温下通长钢筋的拟合公式作对比。

  通长钢筋力学性能拟合公式

  


  钢筋连接套筒力学性能拟合公式

  


  各式中,T为所经历的温度

  


  分别为钢筋在温度T下的屈服强度和弹性模量;fy、Es分别为钢筋在常温下得屈服强度和弹性模量。

  4 结 语

  通过研究钢筋连接套筒在高温下的力学性能,并且与通长钢筋作对比,由试验结果可以看出,套筒连接形式对钢筋在高温下的抗火性能影响不大,在钢筋连接套筒拉伸至抗拉强度直至塑性变形时,套筒的变形量仍在弹性变形范围内,未发生破坏,其应力-应变曲线与通长钢筋基本吻合,高温下钢筋的屈服强度和弹性模量劣化程度基本相同。在结构的耐火分析中,建议对有套筒连接形式的钢筋在高温下的屈服强度和弹性模量按照文中拟合的公式(3)、式(4)计算,从而使对结构的抗火性能评估更加合理可靠。

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