郭家旭 胡少偉 齊浩 聶影 陶修 趙軒 羅李鵬

DOI：?10.11835/j.issn.2096-6717.2022.056

收稿日期：2022?01?19

基金項目：重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應用發(fā)展專項（cstc2019jscx-gksbX0013）；國家自然科學基金（52130901）；重慶市自然科學基金創(chuàng)新群體科學基金（cstc2020jcyj-cxttX0003）

作者簡介：郭家旭（1995-?），男，主要從事鋼-混組合結(jié)構(gòu)研究，E-mail：guojiaxu@cqu.edu.cn。

通信作者：胡少偉（通信作者），男，教授，博士生導師，E-mail：hushaowei@cqu.edu.cn。

Received： 2022?01?19

Foundation items： Technology Innovation and Application Development Project of Chongqing （No. cstc2019jscx-gksbX0013）; National Natural Science Foundation of China （No. 52130901）; Innovation Group Science Fundation of the Natural Science Fundation of Chongqing （No. cstc2020jcyj-cxttX0003）

Author brief： GUO Jiaxu （1995-?）， main research interest： composite construction， E-mail： guojiaxu@cqu.edu.cn.

corresponding author：HU Shaowei （corresponding author）， professor， doctorial supervisor， E-mail： hushaowei@cqu.edu.cn.

摘要：為研究鋼筋-金屬波紋管漿錨連接的錨固性能，設計制作18組連接件，并完成拉拔試驗?；谠囼灲Y(jié)果研究鋼筋錨固長度、灌漿料齡期T與螺旋箍筋約束對漿錨連接錨固性能的影響。試驗結(jié)果表明，所有錨固鋼筋均經(jīng)歷完整的彈性階段與屈服階段，最終試件表現(xiàn)為鋼筋粘結(jié)-滑移破壞、鋼筋拉斷兩種破壞形式。當灌漿料齡期時，試件均發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞；當灌漿料齡期T=7 d且錨固長度時，試件均出現(xiàn)鋼筋斷裂破壞；當灌漿料齡期T=28 d時，無配箍試件錨固長度l_a=7d時、配箍試件l_a=5d時出現(xiàn)鋼筋斷裂破壞。提高鋼筋錨固長度、灌漿料齡期與配置螺旋箍筋約束有利于試件的極限強度提高，并趨近鋼筋實驗抗拉強度，顯著降低鋼筋的彈性階段滑移量，提高初始剛度，提升試件的錨固性能。實際工程中，當孔徑比不小于2.6時，為確保3 d與7 d錨固性能，錨固長度應大于13d；為確保正常工作中鋼筋充分發(fā)揮其力學性能，錨固長度應不小于10d。

關鍵詞：漿錨連接；錨固性能；金屬波紋管；錨固長度；灌漿料齡期；螺旋箍筋約束

中圖分類號：TU398 ????文獻標志碼：A ????文章編號：2096-6717（2024）02-0108-09

Experimental study on anchorage property of rebar-metallic bellows slurry anchor connection considering grout age

GUO Jiaxu¹，?HU Shaowei¹，?QI Hao¹，?NIE Ying²，?TAO Xiu²，?ZHAO Xuan²，?LUO Lipeng³

（1. School of Civil Engineering， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China；?2. CISDI Engineering Co.， Ltd.， Chongqing 402460， P. R. China；?3. Chongqing Julong Pipe Industry Co.， Ltd.， Chongqing 401122， P. R. China）

Abstract： In order to study the anchorage property of rebar-metallic bellows slurry anchor connection， 18 groups of connection specimens were designed and fabricated in this study， and the pull-out tests were completed. The influences of anchorage length l_a， grouting material curing age T?and spiral confinement on the anchorage property of the connection were analyzed based on the test results. The experimental results show that all the anchored rebars had undergone integral elastic stage and yielding stage， and the ultimate performance of specimens were bond slip failure and rebar fracture. When T=3 d， bond-slip failure occurred in all specimens. When T=7 d and l_a≥13d， rebars fractured. When T=28 d， specimens whose l_a=7d?without stirrup and l_a=5d?with stirrup began to failure of rebar fracture. With application of spiral confinement and the increase of anchorage length and grout age， the ultimate strength of specimens increased first and then approached to the tensile strength of rebar， the maximum sliding displacement of rebars in the elastic stage decreased significantly， the initial stiffness of specimens increased， and anchorage property improved significantly. In engineering practice， when D/d≥2.6， the anchorage length should be greater than 13d?to ensure the anchorage performance of 3 d and 7 d. In order to fully exert its mechanical properties in normal work stage， anchorage length is prohibited to be less than 10d.

Keywords： slurry anchor connection；?anchorage property；?metallic bellows；?anchorage length；?grout age；?spiral confinement

隨著基礎設施建設與建筑工業(yè)化的不斷推進，傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工的短板，如施工效率低、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大等問題愈加受到關注。預制拼裝建造技術(shù)作為實現(xiàn)建筑工業(yè)化的關鍵技術(shù)，要求在預制工廠生產(chǎn)主要構(gòu)件，并運輸至現(xiàn)場完成拼裝，以實現(xiàn)構(gòu)件標準化設計、工廠化生產(chǎn)，具有構(gòu)件質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、施工效率高等優(yōu)勢^[1-2]，目前已廣泛應用于裝配式建筑與大型橋梁建造中。

胡少偉等^[3]、聶建國等^[4]對鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究表明，鋼筋與混凝土的連接可靠性是決定整體結(jié)構(gòu)安全的重要因素。預制鋼-混組合構(gòu)件間鋼筋的連接常采用機械連接、焊接、灌漿套筒連接與金屬波紋管漿錨連接等形式，筆者基于鋼筋-金屬波紋管漿錨連接開展錨固性能研究。余瓊等^[5]對27個帶肋鋼筋-灌漿料連接件進行了拉拔試驗，研究了試件的破壞模式和黏結(jié)強度隨保護層厚度、鋼筋直徑和鋼筋錨固長度的變化規(guī)律。Wu等^[6]采用鋼筋-金屬波紋管漿錨連接實現(xiàn)了鋼梁與預制混凝土柱的拼裝，并研究了采用該連接形式的組合框架的抗震性能。Tazarv等^[7]采用鍍鋅管灌注高強灌漿料連接基礎與柱，并研究了低周往復荷載作用下試件的力學性能，結(jié)果表明試件的抗震性能較現(xiàn)澆試件得到較大改善。金嶠等^[8]提出了含F(xiàn)RP約束環(huán)的鋼筋搭接結(jié)構(gòu)，并研究了約束環(huán)內(nèi)徑與壁厚、混凝土強度、搭接長度對錨固性能的影響。陳俊等^[9-11]通過試驗得到了鋼筋-金屬波紋管漿錨連接受軸向拉力作用下的荷載-滑移曲線，研究了孔徑比、鋼筋錨固長度對金屬波紋管漿錨連接的錨固性能影響，并研究了采用金屬波紋管漿錨連接的預制混凝土柱-基礎連接的抗震性能。何宇等^[12]研究了鋼管混凝土柱內(nèi)橫向預埋金屬波紋管對鋼筋的黏結(jié)錨固性能，提出了不同孔徑比時的建議錨固長度。王浩等^[13]研究了錨固長度、孔徑比和螺旋箍筋約束對鋼筋的黏結(jié)剛度影響。Hosseini等^[14-15]研究了螺旋箍筋及箍筋間距對鋼筋-金屬波紋管漿錨連接錨固性能的影響，試驗得出箍筋間距為25 mm時滑移量較小。

鋼筋-金屬波紋管漿錨連接的錨固性能受較多因素影響，現(xiàn)有研究主要針對鋼筋錨固長度、孔徑比、螺旋箍筋等因素對試件錨固性能的影響，但對灌漿料養(yǎng)護時間的研究較少。灌漿料的齡期對其力學性能的影響不容忽視，隨齡期增長，漿體逐步硬化、強度逐步提高。灌漿料早期強度與后期強度存在較大差異，其早期強度很大程度上決定了鋼筋-金屬波紋管漿錨連接的早期錨固性能。而鋼筋-金屬波紋管漿錨連接的早期錨固性能是影響預制拼裝技術(shù)施工效率的重要因素，優(yōu)秀的早期錨固性能使施工階段結(jié)構(gòu)具備較高的承載力，確保施工的安全性，并提高施工效率。故將灌漿料齡期作為變量，有必要研究不同灌漿料齡期鋼筋-金屬波紋管漿錨連接的錨固性能。筆者設計制作18組共計54個試件，進行單調(diào)加載，研究鋼筋錨固長度、灌漿料齡期T 與螺旋箍筋約束對鋼筋-金屬波紋管漿錨連接錨固性能的影響。試驗采用自配制水泥基灌漿料，以驗證自配制灌漿料性能，灌漿料制備基于團隊對高性能混凝土長期研究^[16-17]。

1 試驗

1.1 試件設計及制作

設計18組共54個鋼筋-金屬波紋管漿錨連接試件，以研究水泥基灌漿材料養(yǎng)護齡期T、鋼筋錨固長度與內(nèi)配螺旋箍筋對錨固性能的影響。采用直徑的HRB400型鋼筋，壁厚為2 mm、直徑的金屬波紋管，此時孔徑比D/d=2.6。設置水泥基灌漿材料的養(yǎng)護齡期T分別為3、7、28 d，以考慮灌漿料齡期對連接試件錨固性能的影響。參考相關研究^[18]，設置錨固長度分別為5d、7d、10d、13d、16d，較大的錨固長度取值范圍使灌漿料齡期不足28 d時能夠表現(xiàn)出不同的破壞形式。并對錨固長度為5d的各齡期試件通常配置間距25 mm的螺旋箍筋，分組編號與具體參數(shù)見表1。

開展錨固性能試驗的試驗平臺如圖1所示，每個預埋金屬波紋管預成孔的中心間距取250 mm，以避免相鄰試件相互干擾導致試件承載力降低。鋼筋長度統(tǒng)一取1 250 mm，并在錨固長度外100 mm范圍內(nèi)設置無黏接段，以防止試件端部應力集中導致灌漿材料局部破壞，并減少施工中因鋼筋定位產(chǎn)生的誤差。預埋金屬波紋管長度取mm，確保鋼筋錨固端與無黏接段由灌漿料充分包裹。截取預埋鋼筋與金屬波紋管，對鋼筋設置無黏接段并編號，對金屬波紋管兩端進行封堵處理，避免平臺澆筑時混凝土進入金屬波紋管，鋼筋、金屬波紋管處理見圖2。隨后綁扎鋼筋骨架、支模、完成預埋金屬波紋管的定位。平臺澆筑采用C40混凝土，待試驗平臺養(yǎng)護至28 d時，將不同編號的鋼筋對中插入配套的金屬波紋管并灌注團隊自配制的高強微膨脹水泥基灌漿材料，養(yǎng)護至試驗齡期。澆筑混凝土與灌注水泥基灌漿材料時，分別留置1組的混凝土立方體標準試塊與4組水泥基灌漿材料棱柱體標準試塊，并與試件同條件養(yǎng)護。

1.2 材性測試

按照《普通混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2019）和《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671—2021），對預留混凝土試塊與灌漿料試塊進行抗壓強度測試，測得28 d混凝土抗壓強度平均值為45.89 MPa，自配制高強微膨脹水泥基灌漿材料1 d抗強度為25.96 MPa、3 d抗壓強度為46.20 MPa、7 d抗壓強度為62.40 MPa、28 d抗壓強度為74.54 MPa。測試結(jié)果表明自配置水泥基灌漿材料的抗壓強度滿足《水泥基灌漿材料應用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50448—2015）要求，性能優(yōu)良。對公稱直徑25 mm的HRB400級鋼筋進行軸向拉伸試驗，屈服強度、抗拉強度平均值分別為452.58、647.27 MPa。

1.3 加載方式與測量內(nèi)容

試驗加載裝置如圖3所示，其中千斤頂為穿心式電動液壓千斤頂，起重量為50 t、行程為200 mm；錨具為適配直徑25 mm變形鋼筋的三葉夾片式錨具。試驗中采用量程500 kN的穿心式荷載傳感器測量鋼筋軸向拉力F；采用兩個量程為50 mm的應變式位移傳感器測量鋼筋的粘結(jié)-滑移量s，由法蘭螺母固定在鋼筋上的引出板為位移傳感器提供兩個對稱的滑移量測點，鋼筋的粘結(jié)-滑移量s取兩測點位移讀數(shù)的平均值。加載采用單調(diào)連續(xù)加載，屈服前加載速度為，屈服后下調(diào)至為，持續(xù)加載至鋼筋拉斷或荷載下降超過20%時，終止加載。

2 試驗結(jié)果

2.1 破壞形式

對18組鋼筋-金屬波紋管漿錨連接試件進行軸向拉伸試驗，各組試件的強度特征值與破壞形式見表1。其中，試驗組C07、C05g表現(xiàn)出不同的破壞形式。

試驗中，連接件表現(xiàn)出的破壞形式分為鋼筋拉斷與鋼筋粘結(jié)-滑移破壞，破壞時鋼筋均已屈服?？赡艹霈F(xiàn)的破壞現(xiàn)象還包含試件在鋼筋屈服前即出現(xiàn)粘結(jié)-滑移破壞，但就該試驗設計中給出的最不利錨固長度與最短灌漿料齡期，該破壞現(xiàn)象未出現(xiàn)。試驗中未出現(xiàn)金屬波紋管拔出，且同時混凝土未出現(xiàn)明顯壓碎，僅出現(xiàn)少量裂紋。

未配置螺旋箍筋約束時，灌漿料養(yǎng)護齡期為3 d的所有試驗組均出現(xiàn)粘結(jié)-滑移破壞；灌漿料養(yǎng)護齡期為7、28 d的試件，隨錨固長度的增加，破壞形式由粘結(jié)-滑移破壞轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻罾瓟?，出現(xiàn)鋼筋斷裂的錨固長度分別為13d、7d。配置螺旋箍筋約束的試件，錨固長度、灌漿料齡期為28 d時即出現(xiàn)鋼筋拉斷破壞。出現(xiàn)鋼筋拉斷破壞時，鋼筋的斷面位置隨機。其中試驗組C07、C10中出現(xiàn)斷裂破壞的一根鋼筋在破壞時伴隨著灌漿料被壓碎，清除表面被壓碎的灌漿料碎塊后，下部灌漿料仍保持密實狀態(tài)，其余鋼筋拉斷的試件未出現(xiàn)灌漿料被壓碎的現(xiàn)象。當鋼筋發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞時，金屬波紋管內(nèi)水泥基灌漿材料未被壓碎，部分試件灌漿料表面出現(xiàn)裂縫，詳見圖4。

鋼筋受拉時，鋼筋肋紋對灌漿料產(chǎn)生斜向壓力，斜向壓力可分解為軸向分力與徑向分力，分別使灌漿料受剪與環(huán)向受拉。當環(huán)向拉力較大造成灌漿料被劈裂或軸向剪力較大克服了鋼筋與灌漿料界面間的摩擦阻力與機械咬合力時，發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞。當鋼筋達到極限承載力時，環(huán)向拉力未使得灌漿料發(fā)生劈裂破壞且軸向剪力未克服摩擦阻力與機械咬合力時，發(fā)生鋼筋斷裂破壞。因試件制作時無粘接段置于灌漿料內(nèi)過短，且外荷載較大，應力集中較為明顯，導致灌漿料局部破壞，表現(xiàn)為表面灌漿料被壓碎。

2.2 荷載-滑移（F-s）曲線

圖5給出了各試件的荷載-滑移（F-s）曲線，其變化趨勢同鋼筋的應力-應變關系曲線相似，所有試件在拉拔試驗中均經(jīng)歷彈性階段、塑性階段和彈塑性階段，圖中能觀察到明顯的屈服平臺。分析圖5與表1信息可以發(fā)現(xiàn)：

1）達到鋼筋極限荷載約70%前，試件處于彈性階段，此階段F-s曲線斜率極大，滑移量隨荷載迅速增大緩慢增加。能夠觀察到各組試件的曲線在彈性階段斜率相差較大，表明各組試件的初始剛度存在較大差異。鋼筋進入屈服階段后，試件荷載無明顯變化，滑移量急劇增大。鋼筋進入強化階段后持續(xù)加載，部分試件出現(xiàn)粘結(jié)-滑移破壞，破壞時荷載陡降、滑移量急劇增大；其余試件在達到極限荷載后，滑移量持續(xù)增大，荷載略微降低，隨后鋼筋出現(xiàn)頸縮并最終被拉斷，破壞時荷載陡降，但滑移量無明顯變化，甚至減小。

2）未配置螺旋箍筋約束的試件，灌漿料齡期為3 d的試驗組均發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞，隨錨固長度的增加，極限荷載與最大滑移量顯著提高；齡期為7 d的試驗組隨錨固長度增加，在錨固長度為13d時出現(xiàn)鋼筋斷裂破壞，極限荷載與破壞前最大滑移量增大；齡期為28 d的試驗組極限荷載變化較小，均接近鋼筋的實驗極限荷載，且錨固長度為7d時出現(xiàn)鋼筋拉斷破壞，最大滑移量在錨固長度小于13d時隨錨固長度增加有明顯增大。

3）配置螺旋箍筋約束的3組試件，除試件C05g-3出現(xiàn)鋼筋拉斷破壞外，均出現(xiàn)粘結(jié)-滑移破壞，其中A05g、B05g試驗組的最大滑移量較小。

4）大多數(shù)試驗組的F-s曲線在達到極限荷載前均出現(xiàn)較大滑移，使錨固作用在鋼筋滑移過程中得到充分發(fā)揮。以上現(xiàn)象表明鋼筋-金屬波紋管漿錨連接具備較好的延性。對齡期3、7、28 d的試件，錨固長度分別僅需達到10d、7d、5d即可使試件的極限荷載達到鋼筋實測極限荷載的90%；且對齡期7、28 d的試件，錨固長度取13d、7d即可使試件出現(xiàn)鋼筋斷裂破壞，表明鋼筋-金屬波紋管漿錨連接能夠充分發(fā)揮鋼筋的強度。但對比測得的試件強度特征值與鋼筋實測強度特征值，試件強度特征值較低，主要原因是鋼筋在錨固時未完全處于豎直狀態(tài)、試驗加載時未完全對中^[10]?？傮w上看，鋼筋-金屬波紋管漿錨連接具有較強的可靠性，團隊自配制水泥基灌漿材料性能優(yōu)良。

3 錨固性能影響因素分析

3.1 錨固長度

依據(jù)表1繪制各組試件極限抗拉強度平均值隨錨固長度的變化曲線，如圖6所示。灌漿料齡期較短時，隨錨固長度的增加，試件極限抗拉強度逐漸增加并趨于鋼筋實驗抗拉強度，灌漿料齡期時，A07試驗組較A05試驗組提高15.16%，A09試驗組較A07試驗組提高9.44%；灌漿料養(yǎng)護齡期時，A07試驗組較A05試驗組提高15.34%。灌漿料齡期為28 d時，試件極限強度均已接近鋼筋實驗抗拉強度，此時錨固長度的提高對試件極限強度無顯著影響。分析表明，當錨固條件較差，即灌漿料齡期與錨固長度均較短時，試件極限強度遠小于鋼筋的實驗抗拉強度，此時通過提高鋼筋錨固長度能夠促進試件極限強度提高。

試驗中，共13個試件組出現(xiàn)粘結(jié)-滑移破壞，其中11組試件破壞形式一致，計算其黏結(jié)應力。假設錨固鋼筋的黏結(jié)應力沿鋼筋錨固長度均勻分布，由式（1）計算鋼筋平均黏結(jié)應力，結(jié)果見表1。

式中：為平均黏結(jié)應力；為極限試件極限荷載；d為錨固鋼筋直徑；為錨固長度。

發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞試件的平均黏結(jié)應力隨錨固長度的增加而減小，這是由于錨固長度增加提高了試件的極限荷載，但黏結(jié)應力沿鋼筋錨固長度上分布不均勻，黏結(jié)應力靠近加載端較大，遠離加載端則較小^[19]，導致了平均黏結(jié)應力減小。

由F-s曲線中提取各試件彈性階段滑移量，并求各試驗組彈性階段滑移量平均值，繪制隨錨固長度的變化曲線，如圖7所示，以表征錨固長度對鋼筋-金屬波紋管漿錨連接初始剛度的影響?？梢姼鼾g期試件的彈性階段滑移量均隨錨固長度的增加而減小，表明錨固長度的增加使鋼筋-金屬波紋管漿錨連接獲得更優(yōu)異的初始剛度，與早期研究結(jié)論一致^[13]。

3.2 灌漿料齡期

灌漿料齡期T對試件極限抗拉強度平均值的影響如圖8所示。錨固長度取5d、7d、10d時，灌漿料齡期?T對試件的影響顯著，各組試件的極限抗拉強度平均值隨著養(yǎng)護齡期增長而提高，且在灌漿料齡期為時接近鋼筋實驗抗拉強度，其中為5d、7d的試件增幅較大。錨固長度取13d、16d時，試件的極限抗拉強度均已接近鋼筋實驗抗拉強度，T對的影響較小。

圖9給出了相同錨固長度下彈性階段滑移量平均值隨灌漿料齡期T的變化曲線。分析可知，隨灌漿料齡期T增長而降低，表明試件的初始剛度隨養(yǎng)護齡期的增長出現(xiàn)了明顯提高。且錨固長度小于10d時，鋼筋的平均黏結(jié)應力隨齡期T的增長小幅增加。由于帶肋鋼筋與灌漿料間的黏結(jié)應力由界面間的化學膠結(jié)力、摩阻力與機械咬合力構(gòu)成，其中化學膠結(jié)力較小且在加載初期即被克服，故黏結(jié)應力主要由摩阻力和機械咬合力構(gòu)成^[20]。鋼筋受拉時，鋼筋肋紋對灌漿料產(chǎn)生斜向壓力，斜向壓力可分解為軸向分力與徑向分力，分別使灌漿料受剪與環(huán)向受拉。養(yǎng)護齡期增長，灌漿料內(nèi)中后期膨脹組分逐步水化，增強了灌漿料徑向擴張作用，使得波紋管內(nèi)壁受到的擴張力增大，進而增強了波紋管對灌漿料的約束作用，提高了鋼筋與灌漿料間的摩阻力與機械咬合力。同時隨齡期增長，金屬波紋管內(nèi)灌漿料強度提高，試件在受軸向拉力作用下鋼筋與灌漿料間的咬合齒不易被剪斷，提高了試件的初始剛度與平均黏結(jié)應力。但由于鋼筋的黏結(jié)應力的不均勻分布，遠端黏結(jié)應力較小，故平均黏結(jié)應力增長僅在錨固長度較小時表現(xiàn)明顯。

隨灌漿料齡期增加，灌漿料水化程度提高、強度逐漸增大，導致在相同錨固長度條件下，試件極限荷載、最大滑移量在一定錨固長度范圍內(nèi)增大，極限荷載錨固長度為7d及以下時顯著增大，最大滑移量在錨固長度為10d以下時增大較明顯。

為獲得較好早期錨固性能，錨固長度取值應較大。當錨固長度時，雖然齡期的試件均發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞，但灌漿料齡期為3、7 d的試件其彈性階段滑移量平均值均小于2 mm，抗拉強度平均值接近鋼筋實驗抗拉強度，錨固性能優(yōu)良。因此錨固長度時，可確保鋼筋-金屬波紋管漿錨連接在灌漿料齡期為3、7 d時具備優(yōu)秀的錨固性能。當錨固長度時，齡期的試件彈性階段滑移量平均值均小于2 mm，抗拉強度平均值均接近鋼筋實驗抗拉強度，但時，一個試件出現(xiàn)了粘結(jié)-滑移破壞。為確保結(jié)構(gòu)的安全性與正常工作中鋼筋充分發(fā)揮其力學性能，錨固長度應不小于10d。

3.3 螺旋箍筋約束

將A05、B05、C05三組試件作為對照，在金屬波紋管內(nèi)加入采用公稱直徑為6 mm光圓鋼筋制成的間距為50 mm、直徑為50 mm的螺旋箍筋，制成A05g、B05g、C05g三組試件。配置螺旋箍筋約束的3個試驗組與其對照組的彈性階段滑移量平均值、極限抗拉強度平均值、最大滑移量平均值見表2，并計算三者的偏差率q，以表征螺旋箍筋約束對鋼筋-金屬波紋管漿錨連接錨固性能的影響。

配置螺旋箍筋約束的試件相較對照組，各齡期試件的彈性階段滑移量均減少超過20%，最大滑移量也出現(xiàn)明顯增長，表明配置螺旋箍筋約束顯著提高了鋼筋-金屬波紋管漿錨連接的初始剛度與延性，有效提高試件的錨固性能。配置螺旋箍筋約束有助于提高試件極限抗拉強度，但隨齡期增長，提升效果逐步減弱。分析表1可知，配置螺旋箍筋約束還提高了試件的平均黏結(jié)應力。

螺旋箍筋約束的作用同金屬波紋管類似，鋼筋在軸向拉力作用時，灌漿料將鋼筋施加的徑向分力傳遞給螺旋箍筋，使螺旋箍筋受拉，產(chǎn)生收縮趨勢，為核心區(qū)灌漿料提供徑向約束^[21]，提高了鋼筋與灌漿料間的摩阻力與機械咬合力。同時波紋管內(nèi)箍筋能夠抑制核心區(qū)斜裂縫發(fā)展，減小裂縫寬度，促使裂縫均勻分布，從而提高灌漿料的抗裂性能，并提升試件的錨固性能^[22]。

4 錨固長度取值及對比

在孔徑比的條件下，灌漿料齡期為3、7 d時，試件的極限強度接近鋼筋實驗抗拉強度，且具備較好的初始剛度；灌漿料齡期為28 d時，錨固長度為7d即出現(xiàn)鋼筋斷裂破壞，錨固長度取10d時均表現(xiàn)為鋼筋斷裂破壞，初始剛度較高。

考慮足夠安全儲備，給出孔徑比時的鋼筋-金屬波紋管漿錨連接錨固長度建議取值。為確保優(yōu)異的3、7 d錨固性能，使連接件的極限強度趨于鋼筋極限抗拉強度，錨固長度宜不小于；為確保正常工作中鋼筋充分發(fā)揮其力學性能，使鋼筋出現(xiàn)斷裂破壞，錨固長度應不小于10d。

參考《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（2015年版）》（GB 50010—2010）對鋼筋的錨固長度計算公式為

式中：為錨固長度修正系數(shù)，??；為鋼筋外形系數(shù)，對帶肋鋼筋取0.14；分別為鋼筋抗拉強度設計值與灌漿料軸心抗拉強度設計值；d為鋼筋直徑。鋼筋屈服強度標準值參考公式計算，為鋼筋屈服強度平均值，依據(jù)材性試驗取452.58 MPa，參考研究^[23]取0.064 1，考慮材料強度分項系數(shù)，，參考C70混凝土軸心抗拉強度設計值，取2.14 MPa。

美國規(guī)范ACI 318-11給出的鋼筋錨固長度簡化計算公式，對6號（公稱直徑19.1 mm）及以下鋼筋采用式（3）計算，對7號（公稱直徑22.2 mm）及以上鋼筋采用式（4）計算。

式中：為變形鋼筋的錨固長度，應不小于12 inch；為鋼筋屈服強度的設計值（Psi），取53 340.75Psi；為混凝土抗壓強度，Psi，應不大于100，參考材性試驗，取分別為鋼筋位置、涂層系數(shù)，均取1.0；為輕骨料混凝土系數(shù)，取1.0；表示鋼筋公稱直徑。

參考式（2）～式（4），帶入試驗數(shù)據(jù)，計算得到中、美規(guī)范的錨固長度及筆者給出的建議錨固長度如表3所示。

由表3可知，采用鋼筋-金屬波紋管漿錨連接所需的錨固長度遠小于按照中國規(guī)范GB 50010—2010與美國規(guī)范ACI 318-11計算所需的鋼筋錨固長度。由于波紋管對內(nèi)部灌漿料的約束作用，提高了灌漿料的力學性能，同時阻礙了鋼筋與灌漿料界面的相對滑移，有效提高了鋼筋的黏結(jié)錨固性能。

5 結(jié)論

通過拉拔試驗，研究了錨固長度灌漿料齡期T與螺旋箍筋約束對鋼筋-金屬波紋管漿錨連接錨固性能的影響，得到如下結(jié)論：

1）試驗中，所有鋼筋-金屬波紋管漿錨連接試件表現(xiàn)為筋斷裂破壞與粘結(jié)-滑移破壞，并能夠確保連接件失效時鋼筋均已屈服。

2）未配置螺旋箍筋約束的試件，灌漿料齡期的試件均發(fā)生粘結(jié)-滑移破壞；灌漿料齡期的試件隨錨固長度增加破壞形式由粘結(jié)-滑移破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗔哑茐模霈F(xiàn)斷裂破壞的錨固長度分別為13d與7d。

3）隨鋼筋錨固長度與灌漿料養(yǎng)護齡期增長，試件的極限強度先增大后趨于鋼筋實驗抗拉強度，鋼筋的彈性階段最大滑移量明顯降低，初始剛度提高，錨固性能明顯提升。

4）孔徑比時，為確保優(yōu)異的3、7 d錨固性能，錨固長度宜不小于；為確保正常工作中鋼筋充分發(fā)揮其力學性能，錨固長度應不小于10d。

5）鋼筋-金屬波紋管漿錨連接中配置螺旋箍筋約束能夠大幅降低鋼筋彈性階段滑移量，提高最大滑移量，且能夠有效促進灌漿料養(yǎng)護時長不足試件的極限抗拉強度，顯著提高試件錨固性能。

參考文獻

[1] ?李憲軍， 鄧美林， 何廷樹. 裝配式建筑套筒灌漿連接系統(tǒng)膨脹約束關鍵技術(shù)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2021， 51（9）： 43-48.

LI X J， DENG M L， HE T S. Research on the key technology of restrained expansion of the sleeve grouting connection system in prefabricated building [J]. Building Structure， 2021， 51（9）： 43-48. （in Chinese）

[2] ?毛小勇， 高奕昕. 約束漿錨搭接連接高溫性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學報， 2020， 41（7）： 117-123.

MAO X Y， GAO Y X. Experimental research on connection performance of restraint grouting-anchoring overlap-joint of steel bar subjected to high temperature [J]. Journal of Building Structures， 2020， 41（7）： 117-123. （in Chinese）

[3] ?胡少偉， 趙克宇， 喻江. 復合彎扭作用下預應力單箱組合梁的扭轉(zhuǎn)承載能力分析[J]. 華北水利水電大學學報（自然科學版）， 2015， 36（2）： 1-6.

HU S W， ZHAO K Y， YU J. Analysis on the torsional bearing capacity of prestressed single-box composite beam under combined bending and torsion [J]. Journal of North China University of Water Resources and Electric Power （Natural Science Edition）， 2015， 36（2）： 1-6. （in Chinese）

[4] ?聶建國， 熊輝， 胡少偉. 開口截面鋼-混凝土組合梁彎扭性能的理論分析與試驗研究[J]. 土木工程學報， 2004， 37（11）： 6-10， 66.

NIE J G， XIONG H， HU S W. Experimental analysis on steel-concrete composite beams with open section under combined flexure and torsion [J]. China Civil Engineering Journal， 2004， 37（11）： 6-10， 66. （in Chinese）

[5] ?余瓊， 許雪靜， 尤高帥. 帶肋鋼筋與灌漿料黏結(jié)性能試驗[J]. 哈爾濱工業(yè)大學學報， 2017， 49（12）： 91-101.

YU Q， XU X J， YOU G S. Experimental study on bond behavior for ribbed steel bars and grout [J]. Journal of Harbin Institute of Technology， 2017， 49（12）： 91-101. （in Chinese）

[6] ?WU Y T， XIAO Y， ANDERSON J C. Seismic behavior of PC column and steel beam composite moment frame with posttensioned connection [J]. Journal of Structural Engineering， 2009， 135（11）： 1398-1407.

[7] ?TAZARV M， SAIIDI M S. UHPC-filled duct connections for accelerated bridge construction of RC columns in high seismic zones [J]. Engineering Structures， 2015， 99： 413-422.

[8] ?金嶠， 李京龍， 孫麗， 等. 含F(xiàn)RP約束環(huán)鋼筋錨固性能試驗[J]. 沈陽建筑大學學報（自然科學版）， 2018， 34（6）： 998-1007.

JIN Q， LI J L， SUN L， et al. Experimental study on anchorage performance of steel bars with FRP confined rings [J]. Journal of Shenyang Jianzhu University （Natural Science）， 2018， 34（6）： 998-1007. （in Chinese）

[9] ?陳俊. 預制混凝土底層柱抗震性能試驗研究與分析[D]. 長沙： 湖南大學， 2016.

CHEN J. Experimental research and analysis on seismic performance of precast concrete bottom column [D]. Changsha： Hunan University， 2016. （in Chinese）

[10] ?陳俊， 肖巖， 尹齊. 預埋波紋套管的鋼筋-高強澆筑料黏結(jié)錨固性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學報， 2015， 36（7）： 140-147.

CHEN J， XIAO Y， YIN Q. Bonding strength of rebar anchorage in embedded corrugated sleeve with high strength grout [J]. Journal of Building Structures， 2015， 36（7）： 140-147. （in Chinese）

[11] ?陳俊， 肖巖. 縱筋漿錨連接預制柱的抗震性能試驗研究[J]. 土木工程學報， 2016， 49（5）： 63-73.

CHEN J， XIAO Y. Experimental study on seismic behavior of precast concrete column with longitudinal reinforcement grouting-anchoring connections [J]. China Civil Engineering Journal， 2016， 49（5）： 63-73. （in Chinese）

[12] ?何宇， 劉汗青， 霍靜思， 等. 鋼管混凝土預埋波紋管漿錨鋼筋連接件抗拔性能試驗研究[J]. 建筑鋼結(jié)構(gòu)進展， 2020， 22（3）： 22-29.

HE Y， LIU H Q， HUO J S， et al. Pull-out test study of rebar anchorage in embedded corrugated sleeve in the concrete-filled steel tubular column [J]. Progress in Steel Building Structures， 2020， 22（3）： 22-29. （in Chinese）

[13] ?王浩， 柳家為， 石棚， 等. 鋼筋-金屬波紋管灌漿連接的錨固性能試驗研究[J]. 東南大學學報（自然科學版）， 2020， 50（2）： 215-221.

WANG H， LIU J W， SHI P， et al. Experimental study on anchorage performance of rebar-corrugated metal duct for grout splicing [J]. Journal of Southeast University （Natural Science Edition）， 2020， 50（2）： 215-221. （in Chinese）

[14] ?HOSSEINI S J A， RAHMAN A B A， OSMAN M H， et al. Bond behavior of spirally confined splice of deformed bars in grout [J]. Construction and Building Materials， 2015， 80： 180-194.

[15] ?HOSSEINI S J A， RAHMAN A B A. Effects of spiral confinement to the bond behavior of deformed reinforcement bars subjected to axial tension [J]. Engineering Structures， 2016， 112： 1-13.

[16] ?WANG Y M， HU S W， HE Z. Mechanical and fracture properties of fly ash geopolymer concrete addictive with calcium aluminate cement [J]. Materials （Basel， Switzerland）， 2019， 12（18）： 2982.

[17] ?ZHANG P， WANG K X， WANG J， et al. Mechanical properties and prediction of fracture parameters of geopolymer/alkali-activated mortar modified with PVA fiber and nano-SiO₂[J]. Ceramics International， 2020， 46（12）： 20027-20037.

[18] ?潘南君. 預埋金屬波紋管漿錨鋼筋錨固性能試驗研究[D]. 湖南?湘潭： 湘潭大學， 2018.

PAN N J. Experimental study of anchoring performance of steel bars anchored into the embedded metal bellows [D]. Xiangtan， Hunan： Xiangtan University， 2018. （in Chinese）

[19] ?徐有鄰， 沈文都， 汪洪. 鋼筋砼粘結(jié)錨固性能的試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學報， 1994， 15（3）： 26-37.

XU Y L， SHEN W D， WANG H. An experimental study of bond-anchorage properties of bars in concrete [J]. Journal of Building Structures， 1994， 15（3）： 26-37. （in Chinese）

[20] ?WALKER P R， BATAYNEH M K， REGAN P E. Bond strength tests on deformed reinforcement in normal weight concrete [J]. Materials and Structures， 1997， 30（7）： 424-429.

[21] ?ALIAS A， ZUBIR M A， SHAHID K A， et al. Structural performance of grouted sleeve connectors with and without transverse reinforcement for precast concrete structure [J]. Procedia Engineering， 2013， 53： 116-123.

[22] ?鞠彥忠， 沈浩， 王德弘， 等. 活性粉末混凝土梁柱節(jié)點抗裂性能試驗研究[J]. 中南大學學報（自然科學版）， 2019， 50（5）： 1203-1209.

JU Y Z， SHEN H， WANG D H， et al. Experimental study on crack resistance of reactive powder concrete beam-column joints [J]. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2019， 50（5）： 1203-1209. （in Chinese）

[23] ?邵卓民， 沈文都， 徐有鄰. 鋼筋砼的錨固可靠度及錨固設計[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學報， 1987， 8（4）： 36-49.

SHAO Z M， SHEN W D， XU Y L. The reliability and design for anchorage of reinforcing bars [J]. Journal of Building Structures， 1987， 8（4）： 36-49. （in Chinese）

（編輯??胡玲）