高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究.pdf

第40 卷第5期2023年9 月引用本文：段留省，张化兵，丁涛涛，等.高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究.建筑科学与工程学报，2023,40(5):108-118.DUAN Liusheng,ZHANG Huabing,DING Taotao,et al.Experimental study on rebar mechanical connection performance of steel plate com-posite blind bolts under high stress repeated tension-compression loadJJ.Journal of Architecture and Civil Engineering,2023,40(5):108-118.D0I:10.19815/j.jace.2022.01014高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究建筑科学与工程学报Journal of Architecture and Civil EngineeringVol.40No.5Sept.2023段留省1，张化兵1，丁涛涛1，周友利1，吴（1.长安大学建筑工程学院，陕西西安7 10 0 6 1；2.西部建筑抗震勘察设计研究院有限公司，陕西西安7 10 0 54；3中化学城市投资有限公司，陕西西安7 10 0 54；4.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安7 10 0 43）摘要：针对预制混凝土楼板钢筋直径较小，装配时无法直接使用灌浆套筒完成钢筋连接的问题，提出一种高强钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件，仅从楼板表面即可实现钢筋等强连接。为研究钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头在地震作用下的连接性能及工作机理，对2 组6 个试件分别进行高应力反复拉压试验和单向拉伸试验，重点考察破坏形态、连接钢盖板沿长度方向及宽度方向应变、高强螺栓轴向应变和开槽钢筋应变等。结果表明：相同锚固长度条件下，2 组试件的最终破坏模式、极限承载能力无明显区别，但接头变形性能有一定差别，高应力反复拉压试验中极限荷载所对应位移增加约32%，钢筋拉断时位移增加约2 4%；锚固区钢筋和接头端部钢筋荷载-应变曲线变化趋势无明显区别，高应力反复拉压作用对钢盖板轴向应变和横向应变特征基本无影响；高应力循环作用结束时，高强螺栓压应变增加约30 X10-6，循环作用对螺栓预紧力的影响较小；试件屈服比、强度比及延性比的均值分别为1.0 7、1.56 和7.9 2，锚固长度为3d（d 为连接钢筋公称直径）的试件钢筋拔出，可以对连接齿钉的构造进行优化，减小齿钉间距和增加咬合面以提高锚固性能。关键词：锚固长度；钢筋机械连接；高强螺栓；高应力反复拉压；连接性能中图分类号：TU398Experimental study on rebar mechanical connection performance ofsteel plate composite blind bolts under high stress repeatedDUAN Liusheng,ZHANG Huabing,DING Taotao,ZHOU Youli,WU Nan,(1.School of Civil Engineering,Changan University,Xian 710061,Shaanxi,China;2.Western ArchitecturalSeismic Survey,Design and Research Institute Co.,Ltd,Xian 710054,Shanxi,China;3.China NationalChemical Urban Investment Co.,Ltd.,Xian 710054,Shaanxi,China;4.China Jikan Research Institute ofAbstract:Aiming at the problem that the diameter of precast concrete slab rebar was small and收稿日期：2 0 2 2-0 1-18基金项目：国家自然科学基金项目（517 0 8 0 38）；陕西省重点研发计划项目（2 0 16 KTZDSF04-06）；陕西省自然科学基金项目（2 0 2 2 JM-214）作者简介：段留省（19 8 5-)，男，工学博士，高级工程师，硕士生导师，E-mail:。吴楠，潘看宏，夏明干3，李慧4文献标志码：A文章编号：16 7 3-2 0 49（2 0 2 3)0 5-0 10 8-11tension-compression loadPAN Hong,XIA Minggan,LI HuitEngineering Investigations and Design,Co.,Ltd,Xian 710043,Shanxi,China)第5期the grouted sleeve cannot be directly used to complete the rebar connection during assembly,ahigh-strength steel plate composite blind bolt rebar mechanical connector was proposed,whichcan realize equal-strength connection of rebars only from the surface of the slab.In order to studythe mechanical property and working mechanism of steel plate composite blind bolts rebarmechanical connector under seismic action,high stress repeated tension-compression test anduniaxial tensile test were performed on 2 groups of 6 specimens,and the failure mode,strain ofthe connecting steel cover along the length and width directions,axial strain of high-strength boltand the strain of slotted rebars were mainly investigated.The results show that under the sameanchorage length,there is no obvious difference between the final failure mode and ultimatebearing capacity of the two groups of specimens,but there is a certain difference in jointdeformation performance,the displacement corresponding to the ultimate load in the high stressrepeated tension-compression test increases by about 32%,and the displacement increases byabout 24%when it is broken.There is no obvious difference in the load-strain curve between therebar in the anchorage zone and the rebar at the splice end.The high stress repeated tension-compression has basically no effect on the axial strain and transverse strain characteristics of thesteel cover.At the end of the high-stress cycle,the compressive strain of the high-strength boltincreases by about 30X10-6.The cyclic action has little effect on the bolt pre-tightening force.The average values of the yield ratio,strength ratio and ductility ratio of the specimen are l.07,1.56,and 7.92,respectively.The specimen with an anchorage length of 3d(d is the nominaldiameter of connecting rebar)is pulled out,and the structure of the connecting nails can beoptimized by reducing the nail spacing and increasing the occlusal surface to improve theanchorage performance.Key words:anchorage length;rebar mechanical connection;high-strength bolt;high stress re-peated tension-compression;connection performance0引 言装配式钢筋混凝土结构具有绿色环保、节约能源和生产效率高等优点，已在国内外得到广泛推广1-3。装配式混凝土结构构件间的钢筋连接是保证结构稳定安全的关键技术问题之一，目前钢筋的连接方式主要有3种：套筒灌浆连接、浆锚搭接连接、机械连接。通过接头单向拉伸试验可以反映钢筋连接接头的基本受力性能5。学者们针对钢筋套筒灌浆连接和浆锚搭接连接已进行了大量试验研究并探究了其基本受力性能6-9 ，其中对于套筒灌浆连接接头的高应力反复拉压和大变形反复拉压性能已有较多研究10-1。关于低周循环载荷下钢筋机械连接件的受力性能研究较少。套筒灌浆连接主要依靠灌浆料凝固锚固，存在对中、锚固长度难把控及装配周期长等问题。钢筋机械连接相比于套筒灌浆连接具有施工效率高、质量易把控等优点，其通过连接件与钢筋之间的机械段留省，等：高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究109咬合将一端钢筋的受力传递给另一端钢筋。对于钢筋机械连接，国内外相关规范12-141已对钢筋连接接头的各项性能指标提出了相关规定。Jeong等15 对一种锥螺纹钢筋机械连接件拼接的钢筋混凝土梁进行了加载试验，结果表明此类连接可实现钢筋等强连接，但对母材削弱较大，不适用于较小直径钢筋的连接。张微敬等16 、李宁波等17 和赵作周等18 分别对一种挤压套筒钢筋连接的预制框架结构和剪力墙构件进行了试验研究，结果表明套筒挤压连接可实现力的有效传递，但存在安装挤压器材较大、耗能较高、施工强度高及效率较低等问题。针对上述问题，利用线切割和电火花加工技术，段留省等19 提出并制作了一种钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件，并在前期进行了单向拉伸试验，对其静力性能、锚固机理及各种参数的影响规律进行了研究。本文以同样的方法制作了6 个接头试件，通过高应力反复拉压试验和单向拉伸对比试验，探究了钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件在地震作用下的连接性能。1101试验概况1.1试件设计及材料性能连接钢盖板与钢筋表面接触的凹槽通过NC-EDM数控电火花机加工出特制齿钉，电火花加工是指在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的工艺方法2 0。凹槽齿钉加工及结构如图1、2 所示。根据前期的研究成果，钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头在单向拉伸荷载作用下的钢筋临界锚固长度在2d3d 之间（d为连接钢筋公称直径），锚固长度在3d及以上的接头试件均发生钢筋拉断破坏，锚固长度在3d以下的接头试件破坏形式为钢筋犁沟式拔出破坏15。本次试验将试件分为2 组，每组各3个接头试件，其中一组为单向拉伸试验组，试件编号为LS-3dLS-5d;另一组为高应力反复拉压试验组，试件编号为WF-3dWF-5d，分别对应3d、4d 和5d钢筋锚固长度。试件主要参数见表1，试件几何尺寸及构造见图3，其中La为钢筋锚固长度,L为盖板长度，B为盖板宽度。图1试件加工Fig.1Specimen processing图2凹槽结构Fig.2Groove structure建筑科学与工程学报Table 1Main parameters of specimens试验类别试件编号L/mmB/mmLa/mm连接螺栓数LS-3d60单向拉伸LS-4d试验LS-5d高应力反WF-3d复拉压WF-4d试验WF-5d钢盖板、18L.K(a)试件尺寸钢盖板齿钉、OAA螺栓孔O18:18LLL(b)试件内部构造图3试件几何构造（单位：mm）Fig.3 Geometric structure of specimens(unit:mm)连接件中的上下钢盖板采用调质45#钢制作，分别开设成对螺栓孔（图4），采用12.9 级M10高强螺栓连接，对螺栓施加的扭矩值为8 5Nm21。为探究高应力反复拉压过程中高强螺栓的应变变化情况，在本试验中，对其中一组试件所用螺栓进行开孔，沿螺栓杆轴心加工出深2 5mm、直径3mm的半圆形深孔（图5）。钢盖板与钢筋接触面采用EDM-电火花技术和线切割加工出环向齿钉（图4）。环向齿钉的截面形状基本呈三角形,齿高为2 mm,齿钉间距为5mm图3（b)。电火花加工后钢盖板材料性能见表2。连接钢筋选取HRB400E带肋钢筋，公称直径为10 mm。本试验中，在连接钢筋表面对称两侧进行开槽加工，以实现夹持锚固区钢筋表面应变片的粘贴及对应测点的应变测量，加工凹槽截面尺寸为3mm（宽）1.5mm（深），如图6 所示，连接钢筋的材料力学性能见表2。试件安装时以钢盖板中部处定位鞍为参考，将钢筋插入至设计锚固长度，再将上下盖板用高强螺栓连接并单侧拧紧至设计扭矩。2023年表1试件主要参数50308050100506050805010050高强螺栓m连接钢筋首18L.L4404504304404504连接钢筋5第5期段留省，等：高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究111攻丝孔定位鞍齿钉图4钢盖板构造Fig.4Steel cover structure材料规格45#钢盖板盖板厚度10 mmHRB400E钢筋公称直径10 mm图5开孔螺栓Fig.5Opening bolt表2 材料性能Table 2Material properties实测截面面积Ab/mm屈服强度fy/MPa58668574抗拉强度fu/MPa690675断后伸长率A/%弹性模量E/105MPa2.1021.32.03仪器夹具顶针板一厂位移计1位移计2管卡图6开槽钢筋Fig.6Slotted rebar1.2加载装置及加载方案为探究钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件在地震作用下的连接性能，使用电液伺服万能试验机对试件进行高应力循环往复加载试验，其加载装置见图7。高应力反复拉压加载制度参考钢筋机械连接技术规程(JGJ1072016)121和钢筋套筒灌浆连接应用技术规程（JGJ3552015)22。循环加载过程中先对试件进行拉伸，随后再反方向加载，具体加载制度见表3,其中f为连接钢筋屈服强度标准值，本试验取40 0 MPa，试验加载速率为0.3kNs-1。循环加载完成后进行单向拉伸加载，钢筋拉断或拔出时终止加载，加载采用位移控制方式，图7试验加载装置与位移测定装置Fig.7Test loading device and displacementmeasuring equipment表3高应力反复拉压试验加载制度Table 3Loading system of high stress repeatedtension-compression test试验类别试件编号WF-3d高应力反复拉压试验WF-4d0.9fyk-0.5fykWF-5d加载速率为5mmmin-1,2个对比试验组采用相同加载速率。试件测量标距为L十4d，位移计对称布置于连接件两侧。通过螺栓将管卡和钢筋紧密相连，位移计通过胶带绑缚在管卡上2 3。试验数据处理时取加载制度循环次数20112两侧位移测量数据的平均值，以消除试件安装及加载过程中偏心对位移的影响。1.3测点布置及测量试验中主要测量加载过程中连接件所受荷载与位移以及连接钢盖板长度及宽度方向、连接开槽钢筋和高强螺栓的应变变化等。采用电液伺服万能试验机控制加载荷载并采集荷载变化值，采用位移计测量接头测量段范围内的形变变化值，采用应变片测量钢盖板长度及宽度方向、连接开槽钢筋和高强螺栓的应变。所有测点对称设置两处测量点位，通过取对称测量点位的平均测量值作为该处测点的实测值，以避免测量中的误差影响。如测点某处应变片损坏，取其对称处应变值。由DH3818Y数据采集仪记录各测点的应变变化。为研究钢板组合单边螺栓连接接头的工作机理和钢盖板的应变分布，在钢盖板表面等间距粘贴了纵向应变片及横向应变片图8(a),在与盖板表面应变片对应的钢筋槽底布置轴向应变片图8（b),在2 颗高强螺栓螺杆中心的半圆孔直径平面底部粘贴轴向应变片图8（c)。29,L/4.gL/4g L/4,L/4,29/纵向应变片O横向应变片OLKL+4d位移计测量范围(a)钅钢盖板应变片布置2929钢筋抽向应变片（测点2)测点1OKLL(b)钢筋应变片布置建筑科学与工程学报2主要试验结果及分析2.1接头破坏形态钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头主要呈现出钢筋拔出和钢筋拉断两种破坏形态，试验结果见表4和图9。高应力循环拉压试验组试件在反复拉压加载结束后均未发现明显损伤和拔出迹象。高应力循环加载结束，对试件进行卸载并进行单调拉伸加载试验。试件WF-3d在加载至钢筋塑性变形阶段发生钢筋刮损式拔出破坏图9（a)，拔出钢筋表面呈现出犁沟式刮损图9（c)。钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件的传力机制主要是依靠连接盖板上的齿钉嵌入被连接钢筋表面，使得钢筋与齿钉咬合接触面形成阻推面，从而实现力的传递作用。刮损形成的推犁面在拔出过程中发挥着一定的抗拔作用，使得接头钢筋在拔出过程中表现出一定的延性。试件WF-4d、WF-5d 的最终破坏形态均为锚固区外钢筋拉断破坏图9（b)。经对比发现，2 个试验组中的试件在单向拉伸加载结束后的最终破坏形态、极限承载力无明显区别。表4主要试验结果Table 4Main test results试验试件Pu/kNou/mm类别编号单向LS-3d36.00拉伸LS-4d45.0717.78试验LS-5d45.7413.4217.72反复WF-3d37.64拉压WF-4d44.6422.99试验WF-5d46.0023.32注：Pu与u分别为极限荷载及相应位移;max为试件破坏时的L最大变形量。钢筋刮损拔出2023年Amax/A/%破坏模式mm6.5821.9418.28钢筋拉断12.66钢筋拉断5.73钢筋拔出25.0820.90钢筋拉断27.8619.90钢筋拉断钢筋拔出半圆深孔R1.5螺杆R5轴向应变片K10(c）螺栓应变片布置图8 试件应变片布置(单位：mm)Fig.8 Layout of strain gauges of specimens(unit:mm)(a)钢筋拔出图9 试件破坏形态立Fig.9Failure modes of specimens2.2荷载-位移曲线在高应力反复拉压作用下，试件WF-3d、WF-4d和WF-5d的荷载-位移（P-）曲线见图10。由于连接件受拉时主要靠钢板齿钉咬合钢筋实现传(b)钢筋拉断(c）钢筋型沟式刮损第5期322416FN/d80F一8 F-1652-101234/mm(a)WF-3d(20次循环）3224F16N/d80F一8 F-16562-1014/mm(d)WF-3d(第1、2 0 次循环)力，受压时主要依靠齿钉咬合钢筋、2 根被锚固钢筋端头直接接触共同作用实现传力，因此组装时被连接钢筋的锚固长度主要参考盖板凹槽处的定位鞍。组装过程中被锚固两端钢筋之间可能会存在微小缝隙，在拉压荷载交替时，接头试件的荷载-位移曲线呈现长约1mm平缓段，曲线形状呈反 S形。由于拉伸荷载幅值大于压缩荷载水平，拉伸段的位移量大于受压加载段。随着锚固长度的增加，循环加载过程中的位移值略有降低，拉载过程中试件WF-3d、WF-4d 和WF-5d第2 0 次循环拉载过程中位移最大值分别约为2.6 3、2.56、2.2 7 mm；压载过程中试件WF-3d、WF-4d 和WF-5d第2 0 次循环拉载过程中位移最大值分别约为一0.9 7、一0.8 6、一0.6 9mm，表明随着试件锚固长度的增加，接头的连接刚度有所增加，接头具有较好的连接性能。在单向拉伸荷载作用下,LS组和WF组钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头的荷载-位移曲线对比见图11。由图11可知，锚固长度为3d的连接接头在钢筋刚进入塑性变形阶段发生钢筋犁沟式拔出，接头承载力快速下降，同时钢筋拔出端缓慢滑移。接头抗拔后期表现出较好的延性，并呈现出一定的残余抗拔力图11（a)，这是由于连接钢盖板与钢筋的锚固作用是在连接高强螺栓的作用下，使得盖板凹槽处的齿钉嵌入钢筋表面，以实现接触面之间的充分咬合，且连接钢筋表面存在交错横肋，在荷载作用下钢筋拔出的同时，接触面间的犁沟作用增强，对钢筋的拔出有阻碍作用。锚固长度为4d、5d连接接头的荷载-位移曲线与钢筋拉伸荷载-位移段留省，等：高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究12344/mm4/mm(b)WF-4d(20次循环）3224F16N/d8F0F第1次第2 0 次234Fig.10Load-displacement curves of WF group specimen(a)LS-3d、WF-3d50r(17.78,45.07)40F(21.94,42.23)N/d302010050r40FNX/d302010F0图11单向拉伸荷载下荷载-位移曲线对比Fig.11Comparison of load-displacement curvesunder uniaxial tensile load曲线相似，均呈现3个阶段：首先是曲线呈线性增长113323224241616N/d上880F0-8F一8-165-16-1201234第1次一8第2 0 次-16一-10214/mm(e)WF-4d(第1、2 0 次循环）图10WF组试件荷载-位移曲线50r4030NV/d20100J2-10(c)WF-5d(20次循环)32241680F一8-1652344510(b)LS-4d、WF-4d(23.32,46.00)(13.42,45.74)(17.72,36.93(27.86 40.49)WF-5d510(c)LS-5d、WF-5d第1次第2 0 次-10214/mm(f)WF-5d(第1、2 0 次循环）(5.73,37.64)(6.58,36.00)8124/mm(29.99,44.64)(25.08,41.39)LS-4dWF-4d15204/mm1520254/mm23J4LS-3dWF-3d残余抗拔力16202530LS-5d303535114的弹性阶段，位移变化速率较慢；随后钢筋被拉伸变细，进人荷载增长较慢的塑性变形阶段；最后钢筋发生颈缩达到抗拉极限而拉断。单向拉伸荷载下位移对比如图12 所示。可以看出：单向拉伸组试件(LS-4d、LS-5d)与经高应力反复拉压作用后的试件(WF-4d、WF-5d)相比，两者抗拉极限强度基本一致，极限荷载时对应的位移，前者分别是后者的7 7.3%、57.5%图12(a)；钢筋拉断时对应的位移，前者分别是后者的8 7.5%、63.6%图12（b)。由此可以看出：高应力反复拉压荷载作用下，接头的抗拉极限承载力无明显变化；在反复拉压荷载作用下，接头试件的钢板齿钉和钢筋咬合面产生不同程度损伤和滑移，接头的刚度有所降低。3020F10F03020Ftuu/10F0图12 单向拉伸荷载下位移对比Fig.12Displacement comparison under uniaxialtensile load2.3连接钢筋应变图13为试件WF-4d在高应力反复拉压荷载作用下钢筋的荷载-应变（P-e）关系曲线。对锚固区内钢筋测点及锚固区端部测点的第1、2 0 次加载过程的荷载-应变变化曲线进行对比分析，如图13（b）、(d)所示。钢筋各测点的应变变化趋势在2 0 次循环过程中相似，拉载作用下轴向应变为拉应变，压载作用下应变为压应变，拉压刚度基本相同。测点1的最大拉应变约为8 50 10-6，最大压应变约为37 0 10-6，测点2 的最大拉应变约为18 2 0 10-，最大压应变约为9 2 0 X10-6，锚固区内部的钢筋测点1建筑科学与工程学报3224F16F8-8F-1900-1000(a)测点1(2 0 次循环)3224F16FN/d80-8F-19000-1000单向拉伸组试件高应力反复拉压组试件22.9917.784d(a)极限荷载时对应位移比较单向拉伸组试件高应力反复拉压组试件25.0821.944d(b）接头破坏时对应位移比较2023年010008/106010008/10-6(b）测点1(第1、2 0 次循环)23.32322413.4216F80F5d一8L-19000-100027.86(c）测点2(2 0 次循环)3217.7224H16NX/d805d一8 FL.-19000-1000(d）测点2(第1、2 0 次循环)图13试件WF-4d钢筋荷载-应变曲线Fig.13Load-stain curves of rebar ofspecimen WF-4d受连接件约束较明显，钢筋应变变化最大值小于连接接头端部钢筋测点2，钢筋处于弹性受力状态。锚固区内部的钢筋测点1和连接接头端部钢筋测点2,在循环荷载作用下荷载-应变曲线形式无明显区别，在第1次循环过程中钢筋荷载-应变曲线基本呈线性，钢筋应变较小，受拉、受压时均呈线性变化，且受拉、受压阶段刚度（曲线增长斜率)基本相同，最大拉伸荷载所对应的应变约为最大压载时所对应应变值的2 倍。第2 0 次循环时的钢筋荷载-应变曲线形式基本呈线性。拉载过程中，由于连接钢2000第1次第2 0 次2000300001000&/10601000&/106300020003000第1次第2 0 次20003000第5期盖板齿钉咬合钢筋表面产生非弹性变形，受到盖板齿钉约束产生环向约束力和摩阻力造成了卸载后接头试件存在部分残余变形。由于本试验中拉载大于压载，上述现象在拉伸过程中较为明显，经过循环加载后产生一定的残余拉应变。在高应力循环往复拉压加载过程中钢筋处于弹性工作状态，荷载在正负交替的过程中应变有反弯趋势，这主要是由于钢盖板齿钉与钢筋咬合接触界面相互作用，荷载在拉力转变为压力的过程中，连接盖板及接触界面发生应力重分布，应变滞后所造成2 4。2.4钢盖板纵向应变图14为高应力反复拉压荷载作用下试件WF-4d盖板的荷载-轴向应变变化曲线。由图14可知：钢盖板表面纵向拉应变变化较压应变变化表现更为明显，拉应变的幅值约为2 0 0 X10-,压应变的幅值约为6 0 X10-，主要原因是拉伸加载幅值大于压缩荷载；荷载-纵向应变曲线基本呈线性，表明盖板处于弹性工作状态。钢盖板各测点的纵向应变在拉伸荷载作用下为轴向拉应变，压载时为轴向压应变。由图14（a）、(c)可知，钢盖板中部测点1的应变值大于端部测点2,其中中部测点1及端部测点2 在第1、2 0 次循环时的曲线基本一致，在拉伸荷载作用下钢盖板轴向应变变化曲线的斜率略小于在压载作用下的曲线斜率。主要原因在于连接件在拉伸荷载作用下主要靠盖板齿钉嵌人钢筋表面咬合传力，在受压时除了依靠盖板齿钉与钢筋咬合外，钢筋端头接触分担了部分荷载，因此拉伸荷载下钢盖板的应变变化速率高于压载作用下的应变变化速率。试件循环荷载作用下，钢盖板齿钉与钢筋咬合接触面由于犁沟效应的作用产生了非弹性损伤，试件卸载后部分变形无法恢复，进而导致加载结束后存在部分残余应变，中部测点1更为明显。各测点荷载正负交替时，测点的荷载-应变变化曲线在荷载较小时存在一个短暂的突变，这主要是由于荷载在正负交替的过程中，连接钢盖板及接触界面发生应力重分布，应变滞后所造成的2 4。2.5钢盖板横向应变图15为高应力反复拉压荷载作用下试件WF-4d钢盖板的荷载-横向应变关系曲线。钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头由高强螺栓连接上下具有特制齿钉的钢盖板，通过对高强螺栓施加扭矩以实现钢盖板齿钉嵌人钢筋表面，从而起到对连接钢筋的锚固作用。连接钢盖板在接头受力过程中主要有段留省，等：高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究400&/106(a）测点1(2 0 次循环)3224F16F80一8-162003224F16F8F-8F-162003224H16FN/d8一8 F-1651200图14试件WF-4d盖板荷载-纵向应变曲线Fig.14Load-longitudinal strain curves ofcover of specimen WF-4d两种作用：一种是因连接钢筋受压膨胀而产生的环向膨胀作用；另一种是连接钢筋及盖板受拉，因“泊松效应”而产生的环向收缩作用。因此，在循环往复加载过程中，拉伸荷载作用下盖板横向应变为压应变，压载作用下盖板横向应变为拉应变。此外，与图13相同，由于被连接钢筋直接接触和盖板咬合约束的共同作用，盖板在受拉阶段的斜率与受压阶段基本一致。2.6高强螺栓轴向应变图16 为钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件中1153224F16F80F一8 F-1620000(b）测点1(第1、2 0 次循环)0200&/106(c）测点2(2 0 次循环)200&/10-6(d）测点2(第1、2 0 次循环)2002008/10-6600第1次第2 0 次J400600400600第1次第2 0 次4006001163224F16FN/d80F一8 F-1600322416F80F一8-1651%00322416FN/d80一8-1656003224H16FN/d8F0F一8-16-600图15试件WF-4d盖板荷载-横向应变曲线Fig.15Load-transverse strain curves ofcover of specimen WF-4d322416N/d80一8-165-100-75-50-258/10图16螺栓荷载-轴向应变曲线Fig.16Load-axial strain curves of bolt建筑科学与工程学报高强螺栓在高应力反复荷载作用下的荷载-轴向应变曲线。螺栓轴向应变在拉载、压载时均为轴向压应变，且随着循环次数的增加，压应变有所增加，说明在循环加载过程中螺栓预紧力有所衰减。在循环加载过程中连接高强螺栓单周循环内的荷载-轴向应变曲线近似在一条竖直线上，基本呈线性变化，说-400-200&/106(a)测点1(2 0 次循环)第1次循环第2 0 次循环-400-200&/10-6(b）测点1(第1、2 0 次循环)-400-200&/106(c)测点2(2 0 次循环)第1次循环第2 0 次循环-400-200&/106(d）测点2(第1、2 0 次循环)2023年020002000200020025J050明高强螺栓轴向处于弹性工作状态。高应力循环加载结束后，最大压应变基本稳定在30 10-，螺栓预紧力衰减约为0.4kN,约为总预紧力的0.6%。3接头连接性能对于接头的连接性能，Ling等2 5 建议通过屈服比R,（R,=f,/f y k）、强度比R。（R=f u/f y k）及延性比Ra（Ra m a x/,）等参数进行评估，其中，为接头屈服位移。3.1屈服比钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能评价指标见表5。由表5可知：随着锚固长度的增加，屈服比略微提高；单向拉伸试验组试件、高应力反复拉压试验组试件屈服比的均值分别为1.0 1和1.13，符合R,1121的要求；锚固长度为3d的试件钢筋拔出，可以对连接件齿钉的构造进行优化，减小齿钉间距，增加咬合面以提高锚固性能。表5连接性能评价指标Table 5Connection performance evaluation index试件编号屈服比R,LS-3d0.88LS-4d1.07LS-5d1.09WF-3d1.04WF-4d1.20WF-5d1.153.2强度比强度比为试件接头承载极限强度与钢筋屈服强度标准值之比。由表5可知：所有试件强度比均大于1；不同加载制度（相同锚固长度)试验组试件强度比基本一致，两组试件强度比均值分别为1.55和1.57,满足R.1.2513的规定。3.3延性比在地震作用下，试件接头需要达到R4的规定2 6 。试验中不同加载形式下试件的延性比均符合要求，延性比的均值分别为10.53和5.30，其中循环加载组试件较单向加载组试件延性比略低，但均满足国内外相关规范的要求。强度比R1.321.651.681.381.641.69延性比Rd11.799.284.306.30第5期4结语(1)钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头在高应力反复拉压作用下的荷载-位移曲线基本呈线性，局部有突变。两组对比试验试件的最终破坏模式及承载力无明显差异，可实现钢筋的等强连接。(2)接头试件的刚度和连接强度均满足规范要求，具有较好的连接性能；高应力反复拉压对接头的破坏形态和抗拉强度影响不明显，对接头变形性能有一定影响，极限荷载所对应位移增加约32%，拉断时位移增加约2 4%。（3)锚固区钢筋和接头端部钢筋荷载-应变曲线形式无明显区别，高应力反复拉压作用对钢盖板轴向应变和横向应变特征基本无影响，高应力循环作用结束时，螺栓应变变化幅值很小，高强螺栓压应变增加约30 X10-。（4)试件屈服比、强度比及延性比的均值分别为1.07、1.56 和7.92，均符合规范规定，可为装配式钢筋连接应用与设计提供参考。参考文献：References:1张微敬，张晨骋.钢筋套筒挤压连接的预制RC柱非线性有限元分析 J.工程力学，2 0 18，35（增1）：6 7-72.ZHANG Weijing,ZHANG Chencheng.Non-linearanalysis of precast RC column with steel bars splicedby compressive sleeves J.Engineering Mechanics,2018,35(S1):67-72.2 Y EE A A.So c ia l a n d e n v ir o n m e n t a l b e n e f it s o f p r e-cast concrete technology J.PCI Journal,200l,46(3):14-19.【3于建兵，郭正兴，管东芝，等.新型预制装配框架混凝土梁柱节点抗震性能研究 J.湖南大学学报（自然科学版），2 0 15,42 7)：42-47.YU Jianbing,GUO Zhengxing,GUAN Dongzhi,et al.Research on seismic behavior of a new style precastconcrete beam-to co