CN113958065A - 套筒灌浆钢筋互锁接头及其用于剪力墙的全预制施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套筒灌浆钢筋互锁接头及其用于剪力墙的全预制施工方法，互锁接头，主要用于预制剪力墙边缘构件中钢筋的连接，它包括两组受力方向相反的第一钢筋和第二钢筋，钢筋置于一个椭圆形套筒内，两根第一钢筋分别通过点焊连接在套筒的两侧内壁，两根第一钢筋的上部沿套筒内壁向上伸出，两根第二钢筋置于套筒内下部并分别位于两根第一钢筋内侧，两根第二钢筋的下部向套筒下部伸出；套筒下部设有套筒灌浆口，套筒上部设有套筒出浆口。剪力墙的全预制施工方法将上述互锁接头运用于剪力墙的边缘构件，实现剪力墙全预制，提高施工效率。

Description

套筒灌浆钢筋互锁接头及其用于剪力墙的全预制施工方法

技术领域

本发明涉及一种装配式建筑技术领域,具体的说是套筒灌浆钢筋互锁接头及其用于剪力墙的全预制施工方法。

背景技术

近年来，随着城镇化进程加快、城市基础设施建设规模不断扩大，资源供给不足和能源大量消耗之间的矛盾日益突出，生态文明建设与环境保护的形势越发严峻，传统建筑业粗放式的发展方式已经不能适应社会发展的要求，与建设领域的生态文明建设，以及贯彻落实绿色循环低碳的发展理念差别越来越大，建筑业发展面临着转型升级的巨大压力。与传统的现浇混凝土结构相比，装配式混凝土结构具有节能环保、质量可控、缩短工期、降低劳动成本、提高工作效率、改善施工环境等优点，因此装配式建筑迎来了快速发展的机遇。

相较于欧美、日本等发达国家，我国装配式建筑起步相对较晚，但在国家政策的推动下，近年我国的装配式建筑进入了快速发展的阶段：

2016年2月，国务院发布了《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，明确提出要“大力推广应用装配式建筑，建设配套的装配式建筑生产基地，加大政策支持的力度，力争用10年左右的时间，使新建建筑的装配率达到30％，同时积极稳妥推广钢结构建筑”。2017年年底，住房城乡建设部将《装配式建筑评价标准》定为国家标准，这标志着装配式建筑从试点示范走向全国推广阶段，步入高速发展时代。

目前广泛应用的预制构件节点钢筋连接方式主要为套筒灌浆对接连接，即规范《钢筋套筒灌浆连接运用技术规程》JGJ 355-2015给出的钢筋连接方式。12～25mm、28～40mm直径钢筋，套筒最小内径与连接钢筋直径差最小值分别为10mm、15mm，套筒与连接钢筋的净距为5～7.5mm，这要求预制工厂在加工预制构件时对套筒和钢筋进行精确的定位。同时在施工过程中预留钢筋也应进行精确的定位，允许误差为毫米级，这给由人工主导的现场施工造成很大不便。

而且该套筒灌浆接头只能运用于预制装配剪力墙的墙身中，预制装配剪力墙的边缘构件中,尤其是墙身宽度较小时，由于边缘构件钢筋较多，采用预制装配，多个钢筋须同时插入口径较小的套筒中，施工难度大，无法实现，或者出现钢筋无法插入套筒中，钢筋被截断，留下极大安全隐患，因此，装配剪力墙的施工时边缘构件一般采用现浇，如图1所示存在现浇的湿作业，包括墙身区域预制51和边缘构件现浇52，需支模浇捣混凝土，施工速度减缓，这样影响了预制装配率，也阻碍了预制装配混凝土结构的发展。

套筒灌浆(对接)连接接头是目前装配式建筑节点连接运用较多，发展相对成熟的装配式建筑预制构件节点钢筋连接技术，如图8所示，现有的套筒灌浆(对接)连接在需要连接的(对接)钢筋外部设置套筒，并在套筒内部浇筑无收缩灌浆料以达到钢筋连接的目的，套筒对灌浆料起到约束作用，增大钢筋-灌浆料的粘结强度，延缓和防止灌浆料劈裂破坏的发生。

现有对接灌浆套筒是通过套筒约束一根钢筋以提高承载力，如图9所示为其传力路径，有2条，主要的是路径1：钢筋-灌浆料-套筒-灌浆料-钢筋，次要的是路径2：钢筋-灌浆料-钢筋。现有对接灌浆接头主要通过套筒、灌浆料传力，路径长，传力间接。

套筒灌浆对接接头钢筋、灌浆料、套筒间的传力机理与钢筋在受套筒约束的灌浆料中的锚固相同，在拉力作用下，接头钢筋、灌浆料、套筒的受力情况如图10a、10b、10c、10d、10e所示，10a)为接头钢筋受力情况，图10b)、c)为整个接头及半个接头灌浆料受力分析,由于套筒中部钢筋不连续，该处为薄弱截面，图10d)、e)为整个接头及半个接头套筒受力分析，可见接头应力的传递主要靠套筒和灌浆料的抗拉来实现。故而其传力路径较长，不够直接，灌浆料抗拉强度相对钢筋低，对接头不利。

由图10e)知套筒主要作用是抗拉，尤其是套筒中部两根钢筋相对处(该处为接头的薄弱截面)，套筒抗拉承载力至少应大于所连接钢筋的抗拉承载力。因此接头对套筒抗拉性能要求高。

对接接头套筒约束一根钢筋，两对接钢筋(一组)在套筒及灌浆料中相互抗衡，维持接头的平衡，每根钢筋对套筒及灌浆料的作用为钢筋所在区域，钢筋对所在区域的的套筒及灌浆料的作用的力与钢筋受力方向一致,如图11钢筋对灌浆料及套筒轴向作用力示意图所示，不存在任何抵消及消弱，因此对接接头工作机理相对简单。

另外，对接接头套筒与灌浆料间的摩擦力及粘结也应足够大,如图10e)所示，来抵抗剪应力τ,以免套筒壁与灌浆料间发生滑移，灌浆料被拔出，因此对接接头的套筒中须进行刻痕处理，且套筒最小厚度必须大于3mm。

同时灌浆料强度也应足够大，如图10c)所示，抵抗中部截面的拉力，增加套筒壁与灌浆料的粘结力。

现有灌浆套筒对接接头对套筒、灌浆料材料抗拉强度要求高，对套筒壁与灌浆料的抗滑移性能要求也高。因此套筒的材质要好，须进行刻痕处理，灌浆料强度要大于C80，这些都使现有接头造价极高

对接接头套筒约束一根钢筋，两对接钢筋在套筒及灌浆料中维持平衡，若无筒壁刻痕，套筒内钢筋很难维持稳定的平衡状态。

现有套筒一次只能连接一根钢筋，连接效率低，而且接头传力可靠需要很多繁琐的措施保证，如套筒要厚，套筒直径要小，套筒灌浆料强度要高，套筒内壁要刻痕处理等。

现有钢筋套筒灌浆对接连接存在的缺点：

1)施工不便，有安全隐患

目前预制装配结构中应用较多的是灌浆套筒对接接头，根据JGJ 355-2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》中12～25mm、28～40mm直径钢筋，套筒最小内径与连接钢筋直径差最小值分别为10mm、15mm，套筒与连接钢筋的净距为5～7.5mm，这要求预制工厂在加工预制构件时对套筒和钢筋进行精确的定位。同时在施工过程中预留钢筋也应进行精确的定位，允许误差为毫米级，这给由人工主导的现场施工造成很大不便。

当钢筋接头较多时，容易出现钢筋不能同时插入套筒的情况，这样预留钢筋就需调整位置，当误差较大时，为插入套筒，预留钢筋可能会被弯成90度，无法传力，极端情况下，会出现将不能插入套筒的钢筋剪断情况，这都留下安全隐患。

2)灌浆不易密实

目前预制装配结构中应用的灌浆套筒对接接头套筒口径小，钢筋与套筒壁间缝隙小，易出现灌浆缺陷，使灌浆不密实情况，而灌浆料不密实，接头传力可靠就不能保证，就会留下很大的安全隐患。

3)接头的造价偏高

由于接头为对接连接，为传力可靠，套筒内部需进行的螺纹处理，增加灌浆料与套筒的摩擦力，这样增加了接头的造价，同时由于灌浆料强度为C80，骨料最大粒径为小于2.36mm，也增加了接头造价。一定程度上抵消了装配式结构的优点，成为制约装配式混凝土结构推广应用的因素之一。

现有预制装配剪力墙施工存在的缺点

目前，现有预制剪力墙的一般不是全预制，在两端的边缘构件11通常只能采用现浇结构，中部墙身12采用预制，因为边缘构件钢筋多，本实施例1中的现有套筒口径小的，多个钢筋同时插入口径小的套筒中，施工难度大，现场会出现钢筋插不进套筒中，而将钢筋切断，成为安全隐患，且由于套筒口径小，灌浆料不易浇筑密实，钢筋接头可靠性难以保证。

因此预制剪力墙不是全预制，存在边缘构件现浇区段，存在湿作业，需支模浇捣混凝土，使预制装配结构的优势不能充分体现。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种套筒灌浆钢筋互锁接头及其用于剪力墙的全预制施工方法，提高施工效率，实现剪力墙全预制。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种套筒灌浆钢筋互锁接头，主要用于预制剪力墙边缘构件中钢筋的连接，它包括两组受力方向相反的第一钢筋1和第二钢筋2，每组钢筋有两根，四根钢筋置于一个椭圆形套筒3内，其中，两根第一钢筋1分别通过点焊连接在套筒3的两侧内壁，两根第一钢筋1的上部沿套筒3内壁向上伸出，两根第二钢筋2置于套筒3内下部并分别位于两根第一钢筋1内侧，两根第二钢筋2的下部向套筒3下部伸出；所述套筒3下部设有套筒灌浆口4，套筒3上部设有套筒出浆口5。

一种剪力墙的全预制施工方法，将上述互锁接头运用于剪力墙的边缘构件11中，具体步骤如下：

第一步：工厂制作上部剪力墙7，上部剪力墙7包括剪力墙的边缘构件11和剪力墙墙身12，所述的剪力墙墙身12中设有预制墙身套筒28，预制墙身套筒28内设有预制墙身中钢筋接头19、预制墙身中上部剪力墙中钢筋26、预制墙身中下部剪力墙中钢筋27；

第二步：制作若干套筒3，用于预埋在两侧的剪力墙的边缘构件11内，将上部剪力墙第一钢筋1，穿过盖板6(见图19)的两个孔(该孔比钢筋直径大2mm),并将两根第一钢筋1点焊在上部剪力墙的套筒3内壁上,以固定钢筋位置；

第一钢筋1就位后，将盖板6与套筒3焊接，为了防止混凝土24从套筒上方的第一钢筋1与套筒上部盖板6间隙进入套筒，在浇筑混凝土之前用玻璃硅胶涂抹缝隙；

然后绑扎其余钢筋，具体为：在剪力墙的边缘构件11内的各套筒3之间分别设置上边缘构件中竖向构造钢筋21，并在上边缘构件中竖向构造钢筋21外部绑扎边缘构件中拉结钢筋20，在边缘构件范围内的套筒3的外部设置加密约束箍筋22；

第三步：在工厂浇筑上部剪力墙7的混凝土24,上部预制剪力墙制作完成；

第四步：预制剪力墙现场拼装

采用吊车将上部剪力墙7吊起，对准下部剪力墙8(先前工厂预制且已拼装好的)中两根预埋第二钢筋2，并将两根预埋第二钢筋2插入到上部剪力墙7的套筒3内，由于本申请套筒尺寸大，施工方便；

采用封堵方木9围护灌浆缝四周，用钢钉钉穿方木钉入底座的混凝土中以固定木方，防止灌浆时产生的压力移动方木导致灌浆料18泄漏；

第五步：预制剪力墙注浆，

在上部剪力墙7和下部剪力墙8之间设有20mm的灌浆层10，灌浆料18从剪力墙中部灌浆口13，经过塑料灌浆管23，进入套筒28中，并通过灌浆层10流入每个套筒3内，同时对其他的剪力墙边缘多个灌浆孔14暂时封堵，当出现灌浆时压力不足或灌浆料流动性不足情况，个别套筒3的出浆口25不出浆，这时打开该套筒的灌浆孔，对该套筒进行直接灌浆，当所有剪力墙出浆孔25均有浆液流出时，结束灌浆，封堵相应灌浆孔。

本发明的有益效果是：

提高剪力墙的预制装配率和接头的施工效率。预制剪力墙的暗柱由于钢筋较多，一般采用现浇，本申请为四根钢筋置于同一椭圆形套筒中，该接头可运用于暗柱中，灌浆采用套筒壁开出浆孔和灌浆口、压力灌浆的方法施工法，这样可以形成暗柱与墙身全预制，提高预制装配剪力墙预制装配率，而接头中有四根钢筋，施工效率提高。

接头施工精度要求低，容错性大，施工方便。相比于套筒对接灌浆技术要求每根钢筋都准确插入仅比其直径大10mm的套筒，本套筒内径比钢筋直径大26～30mm(以套筒一半为例说明)，因此具有较大误容错性，施工难度大大降低。

灌浆密实度有保障。本灌浆套筒搭接接头套筒口径大，钢筋与套筒壁间缝隙大，在同样的压力下，灌浆料更易灌入本套筒中，从而保证了灌浆密实性，接头传力可靠能够保证。

传力直接，受力可靠。本申请中钢筋中力的主要传导方式是钢筋-灌浆料-钢筋，套筒外钢筋可通过灌浆料间挤压剪切作用直接传力，路径短，传力直接，受力可靠。

套筒长度短由于钢筋交错布置在套筒中，充分利用钢筋互锁机理，套筒长度短。

生产工艺简单，易于加工生产，经济性好。本申请套筒主要起环向约束作用，套筒所受的轴向拉力小，套筒材料性能要求低，且套筒可热轧成型，套筒内部不需处理；灌浆料主要是握裹钢筋，抵抗剪力，抗拉性能要求相对低一些，可用C60灌浆料,灌浆料骨料最大粒径小于4.75mm。因此，本申请钢筋连接接头造价低，套筒内部无螺纹不需处理，易于加工生产。

提出广泛应用设计计算公式。由于套筒内部未进行处理，提出了可以广泛应用设计计算公式。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为剪力墙边缘构件现浇与墙身区域预制的关系示意图；

图2为互锁接头钢筋对套筒及灌浆料轴向作用力示意图；

图3为钢筋互锁接头在全预制剪力墙中的施工连接方法示意；

图4为剪力墙套筒范围内底部压力灌浆口构造图；

图5为剪力墙套筒范围内上部出浆口构造图；

图6为两组钢筋互锁连接方式示意图；

图7为两组钢筋互锁连接构造为例的带有灌浆孔及出浆口接头；

图8为现有钢筋灌浆套筒对接连接示意图；

图9为现有对接接头传力路径示意图；

图10a为对接接头钢筋受力分析图；

图10b为整个接头灌浆料受力分析图；

图10c为半个接头灌浆料受力分析图；

图10d为整个接头套筒受力分析图；

图10e为半个接头套筒受力分析图；

图11为现有对接接头钢筋对灌浆料及套筒轴向作用力示意图；

图12a为长锚试件随着荷载增加粘结力沿锚固长度分布图；

图12b为短锚试件随着荷载增加粘结力沿锚固长度分布图；

图13a为加载初期钢筋粘结应力分布图；

图13b为加载初期套筒所受粘结力示意图；

图14a为加载后期钢筋粘结应力分布；

图14b为加载后期极限荷载时套筒所受粘结力；

图15a为钢筋对灌浆料的作用；

图15b为肋间灌浆料斜肢受力；

图15c为肋端灌浆料所产生的主拉应力；

图15d为撕裂裂缝的形成；

图15e为搭接钢筋的分离趋势；

图16a为本申请其中一组互锁钢筋的传力机制示意图；

图16b为本申请另一组互锁钢筋的传力机制示意图；

图17为套筒长边厚度增加示意图及椭圆形套筒的约束刚度评价等效图；

图18为套筒壁开出浆孔和灌浆口压力灌浆的方法施工法示意图；

图19为上盖板示意图；

图20为一组互锁钢筋在套筒中传力路径。

图21中部截面套筒与灌浆料间沿套筒纵向粘结力分布示意

附图标记：上部剪力墙中钢筋1、下部剪力墙中钢筋2、套筒3、套筒灌浆口4、套筒出浆口5、套筒上部盖板6、上部剪力墙7、下部剪力墙8、封堵方木9、灌浆层10、剪力墙边缘构件11、剪力墙墙身12、剪力墙中部灌浆孔13、剪力墙边缘灌浆孔14、套筒内部灌浆料18、预制墙身中钢筋接头19、边缘构件中拉结钢筋20、边缘构件中竖向构造钢筋21、边缘构件中加密约束箍筋22、钢筋塑料灌浆管23、混凝土24、剪力墙出浆孔25、预制墙身中上部剪力墙中钢筋26、预制墙身中下部剪力墙中钢筋27、预制墙身套筒28。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。

需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

本申请的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的，并非是限定本申请可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本申请各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

实施例1

如图2所示：一种套筒灌浆钢筋互锁接头，主要用于预制剪力墙边缘构件中钢筋的连接，它包括两组受力方向相反的第一钢筋1和第二钢筋2，举例而非限制，每组钢筋有两根，四根钢筋置于一个椭圆形套筒3内，其中，两根第一钢筋1分别通过点焊连接在套筒3的两侧内壁，两根第一钢筋1的上部沿套筒3内壁向上伸出，两根第二钢筋2置于套筒3内下部并分别位于两根第一钢筋1内侧，两根第二钢筋2的下部向套筒3下部伸出；所述套筒3下部设有套筒灌浆口4，套筒3上部设有套筒出浆口5；

使用时，在工厂先制作出套筒3，将两根第一钢筋1(上部剪力墙中预留钢筋)点焊在套筒3内壁上，插入两根第二钢筋2(下部剪力墙中钢筋)插入到套筒3内；

运输至现场后，将灌浆料18从套筒3下部套筒灌浆口4灌入，直至灌满，从上部套筒出浆口5流出，实现套筒约束下，两组四根钢筋交错连接。

利用套筒3的强有力约束，实现套筒3中两组受力方向相反的钢筋对灌浆料和套筒壁的作用力是相互抵消，最大限度的减少灌浆料18和套筒3壁所受的力，达到钢筋在套筒3中互锁的效果，来维持套筒3中力的平衡。如图2所示，第一钢筋1，对套筒及灌浆料沿轴向作用力都是向纸外，而第二钢筋2对套筒和灌浆料的作用力都是向纸面，这样,套筒和灌浆料受到两个钢筋的力是相反的，因此相互抵消，达到钢筋在套筒中互锁的效果，来维持套筒中力的平衡。而且加载后期套筒纵向受压，这样对套筒钢材抗拉性能要求底。

套筒灌浆钢筋互锁接头工作原理：

1、一组互锁钢筋的传力路径

为讲清本申请的互锁接头，先介绍一组互锁钢筋1，如图16a、16b。(两根)受力方向相反的钢筋交错置于套筒中可形成互锁，这为一组互锁钢筋。

套筒灌浆钢筋互锁接头是通过套筒对两根钢筋约束以提高承载力，图20为一组钢筋在套筒中传力路径，有3条，主要的是路径1、2，路径1：钢筋-灌浆料(钢筋间)-钢筋，通过灌浆料间剪切作用直接传力；路径2：钢筋-灌浆料(钢筋与套筒间)-钢筋，通过灌浆料直接传力；路径3：钢筋-灌浆料-套筒-灌浆料-钢筋。

套筒主要起约束作用。由于套筒内两搭接钢筋受力方向相反，对套筒(灌浆料)作用力方向也相反，对套筒及灌浆料的作用是叠加的(相互抵消)，套筒所受拉力小，到加载后期，套筒中部轴向受压，接头两根钢筋互锁，接头中无薄弱环节，因此套筒材料性能要求低，内部不需处理；灌浆料抗拉性能要求相对低一些，可为C60，且套筒口径大，灌浆料的最大粒径可控制在4.75mm内，这些都使新型接头造价相对较低。

由于该接头两根钢筋受力方向相反，钢筋对套筒及灌浆料作用的力相互抵消，因此套筒、灌浆料受力复杂。新型搭接接头工作机理复杂。

以下分析套筒内壁粘结应力,更好以说明本申请中套筒纵向受压,与对接接头套筒纵向受拉本质不同，受力性能优越。套筒加在初期及加载后期的粘结力及内力分析过程及分析结果：套筒加载前期受拉、加载后期受压，也是本发明的首创。

当钢筋锚固在灌浆料中，加载过程中粘结应力的发展，就是每一阶段沿钢筋纵向的最大的粘结应力由加载端向自由端变化的过程，如图12a、12b。

图13(a)为加载初期，本申请接头套筒长度范围内，两钢筋与灌浆料之间的粘结应力τb分布，套筒所受粘结力如图13(b)所示，可见此时套筒受拉。

在加载到极限状态时，假设灌浆料无破坏情况，则钢筋与灌浆料之间的粘结力分布如图14(a)所示。图14(b)极限荷载时试件套筒所受粘结力情况，可见加载后期套筒轴向受压。

具体分析如下:

影响套筒纵向力的因素有：(1)钢筋-灌浆料粘结力的大小和方向；(2)套筒上点与钢筋的距离。

两根钢筋的粘结应力沿长度方向是反对称的，在套筒中部截面处，两根钢筋与灌浆料之间的粘结力大小相等，方向相反,则在套筒中部截面处的筒壁上，到两钢筋距离相等的点A、A′处受到的粘结力作用为0，图21为套筒中部截面粘结力分布，图中“●”表示垂直平面向外，“×”表示垂直平面向里，符号的大小即表示粘结力的大小。套筒上B、C两点所受粘结应力方向相反。

加载初期，由于钢筋与灌浆料之间的粘结力分布不均匀，如图13(a)所示，靠近两根钢筋受拉端的粘结应力较大，而靠近钢筋自由端位置，钢筋与灌浆料之间的粘结力几乎为零，因此对于套筒端部截面，套筒与灌浆料的粘结应力主要由受拉钢筋决定。

试件右端，由于后插入钢筋2所受的粘结力远大于预留钢筋所受1的粘结力，因此该截面上套筒所受的粘结力大小及方向由后插入钢筋2决定，套筒与后插入钢筋较近处粘结力较大，较远处则较小，试件右端处的远、近钢筋侧套筒所受的粘结力与后插入钢筋受拉方向一致。

试件的左端则与右端相反，左端截面上套筒所受粘结力主要由预留钢筋1决定，左端远、近钢筋侧套筒所受的粘结力与预留钢筋1受拉方向一致。

如图21所示，在中部截面处的远钢筋侧套筒上B点所受的粘结力与后插入钢筋2受拉方向一致，在近钢筋侧C点与预留钢筋1受拉方向一致；故试件套筒所受粘结力如图13(b)所示，近钢筋侧粘结力为零的点C′偏向加载端一侧，远钢筋端粘结力为零的点B′偏向固定端一侧，可见套筒在加载初期灌浆料给套筒的粘结力方向相背离，套筒轴向受拉。

在加载到极限状态时，假设灌浆料无破坏情况，则钢筋与灌浆料之间的粘结力分布如图14(a)所示。与加载初期的分析类似，可以得到在极限荷载情况下时，在左端处的1、2钢筋侧套筒所受的粘结力与后插入钢筋2受拉方向一致；右端处的1、2钢筋侧套筒所受的粘结力与预留钢筋1受拉方向一致；由图14(a)可知，在中截面处的2钢筋侧套筒所受的粘结力与后插入钢筋1受拉方向一致，在1钢筋侧与预留钢筋受拉方向一致；图14(b)为按照上述分析所绘制的极限荷载时试件套筒所受粘结力情况，可见加载后期灌浆料给套筒的粘结力方向相对，套筒轴向受压。

2、本申请套筒工作机理

本申请以两组(每组两根)为例的钢筋置于椭圆形套筒3中，它为两组互锁钢筋的叠加，由套筒提供强有力的约束，解决了现有套筒无法解决的问题，提高施工效率，如图6、7所示。

图15为套筒约束下钢筋肋间传力及对套筒环向力作用情况示意图。接头受拉时，两根钢筋受力方向相反，而两根钢筋都是带肋的，并且约束在套筒中，钢筋对灌浆料的作用如图15(a)所示，有剪应力τ及斜压应力σ，肋间灌浆料斜肢受力情况如15(b)所示，σ又分解为τ′及σ′。随着荷载增加，钢筋肋间灌浆料所产生的主拉应力σz使斜肢受拉图15(c)，斜肢出现撕裂裂缝图15(d)，灌浆料斜肢对钢筋反力σ′引起钢筋的分离趋势，如图15(e)。由于两根钢筋的对套筒的轴线作用力方向相反，这样两钢筋对套筒轴线作用的力大部分抵消，套筒轴线所受的力小，套筒所受的轴向力从一开始的拉力转向后续受压，这就是套筒内钢筋互锁机制。这种互锁传力机制是本申请接头在本领域属于首创。

而本套筒约束的是两根钢筋的引起的灌浆料膨胀及两根钢筋的分离趋势，套筒对钢筋的约束大。

本申请中，以套筒中采用四根钢筋为例，按照受力情况分为两组，接头的工作过程是每组(两根)钢筋在套筒中互锁，接头的互锁传力机制如图16(a)、16(b)所示，它可以看成两组互锁钢筋的力的叠加，每一组钢筋在套筒内互锁，传力更加可靠。而套筒约束的是四根钢筋的引起的灌浆料膨胀及两根钢筋的分离趋势，套筒对钢筋的约束作用需更强大。

3、套筒灌浆钢筋互锁接头的优点：

巧妙的利用(每组)两根受力方向相等的钢筋传给套筒壁及灌浆料轴向力相互抵消，达到每组钢筋在套筒中互锁，充分利用了带肋钢筋的特性，并将两组(每组两根)钢筋置于套筒中，接头利用两组钢筋形成交错传力，并在接头外围设置强有力的横向约束套筒，最大限度的发挥钢筋受力互锁传力机制，达到接头受力合理，传力更可靠，提高接头承载力及连接效率。而且加载后期套筒纵向受压，这样对套筒钢材的抗拉性能要求低。

4、套筒灌浆钢筋互锁接头运用于预制剪力墙的优点：

本实施例四根钢筋置于同一椭圆形套筒中的接头可运用于暗柱中,这样可以形成预制剪力墙中暗柱与墙身全预制，避免接头现浇，提高接头的施工效率、可以提高预制装配率。

实施例2

举例而非限制，本实施例给出筒灌浆四根钢筋互锁接头具体实施方式，以分析和论证本申请互锁接头可行性和性能、效果。

(1)、灌浆套筒自锁接头组成

a)套筒3，套筒为一般由两个圆弧和一个矩形组合而成，套筒由钢板热轧加工而成，内外壁不需处理，成本低。考虑施工的便利性及套筒的约束，套筒的最优形状如图15所示。通过增加套筒长边侧壁的厚度，增加套筒约束，这是本申请特有的。

当钢筋直径为12、14、16、18、20mm，套筒长度可为以2d-3d的长度增加，套筒的横向截面尺寸、纵向截面尺寸变化不变，可满足目前预制装配剪力墙要求，当套筒程度经过设计后，能保证套筒外钢筋拉断，套筒不发生破坏。通过改变套筒锚固长度达到以适应不同钢筋直径要求，这是本申请特有的。

b)、灌浆料

所采用的灌浆料可采用强度等级为C60的灌浆料，这是本申请特有的。具体性能参数要求如下表：

灌浆料性能参数

(c)、套筒材料钢材

钢材选用Q235号钢即可满足要求，本产品推荐使用钢材为Q235、Q345，这是本申请特有的。

钢筋为三级钢直径为12、14、16、18、20、25mm

(e)套筒截面设计

接头的承载力直接取决互锁性能的好坏，而互锁性能的好坏与套筒截面是否能提供很好的约束有关，套筒约束性能好坏与套筒径向刚度有关的，而套筒径向刚度与套用截面形状尺寸、壁厚有关。

套筒存在一个方向长度较长，对灌浆料约束力弱，因此，需对套筒的长方向的壁后增加，为套筒侧向提供强有力的约束，如图所示17所示，

为了保证套筒长边不发生局部失稳，同时提供足够的约束，长方向壁厚T应满足(D+3t)/T≤12(235/fy)1/2，则

公式(1)

当t＝4mm、D＝60mm、fy＝235MPa时，T最小取6.0mm。

该接头运用于剪力墙结构中，剪力墙的一般厚度都是200mm，D尺寸一般为60mm。

②套筒截面约束刚度的计算

由于椭圆形套筒的约束刚度很难评估，该套筒可考虑等效为两的圆形的约束刚度来评价，如图17所示。

本申请中套筒截面约束刚度不但考虑截面尺寸，还考虑钢材与灌浆料弹性模量比值，这是本申请特有的。套筒约束刚度K定义如下：

E_s、E_g——套筒钢材和灌浆料的弹性模量；

D——圆形套管内直径；

t——套管的厚度。

(f)套筒总体长度、厚度设计

套筒灌浆连接受拉时，钢筋将受拉荷载F通过黏结作用传递到灌浆料，灌浆料存在径向膨胀的趋势，从而挤压套筒。由于套筒内存在两组钢筋，每组钢筋中两根钢筋有分离趋势，这样灌浆料对套筒的挤压就更加大，由于套筒的约束作用，钢筋与灌浆料的黏结强度(表达式(4)增大，通过握裹作用提升钢筋与灌浆料的黏结承载力来抵抗水平荷载F。

式中，

为钢筋与灌浆料的极限粘结强度；d为钢筋等效直径；L为套筒长度；D为半圆形套筒外径；K为套筒约束刚度，由式(2)计算；f_t为灌浆料抗拉强度。

当钢筋与灌浆料间粘结滑移破坏与钢筋拉断现象同时发生时，此时可计算套筒长度，则有式5成立。

式中，l_cr为钢筋临界交错长度；η为钢筋-灌浆料有效接触面积折减系数，取0.6；f_u为钢筋材性试验得到的钢筋极限抗拉强度。

由式4与式5，得到灌浆套筒长度的计算公式：

实施例3

如图3、4、5、18一种剪力墙的全预制施工方法，将上述互锁接头运用于剪力墙的边缘构件11中，使预制装配剪力墙为全预制构件，提高预制率，避免了剪力墙湿作业，加快了施工进度，具体步骤如下：

第一步：工厂制作上部剪力墙7，上部剪力墙7包括剪力墙的边缘构件11和剪力墙墙身12，所述的剪力墙墙身12中设有预制墙身套筒28，预制墙身套筒28内设有预制墙身中钢筋接头19、预制墙身中上部剪力墙中钢筋26、预制墙身中下部剪力墙中钢筋27；

第二步：制作若干套筒3，用于预埋在两侧的剪力墙的边缘构件11内，将上部剪力墙第一钢筋1，穿过盖板6(见图19)的两个孔(该孔比钢筋直径大2mm),并将两根第一钢筋1点焊在上部剪力墙的套筒3内壁上,以固定钢筋位置；

第一钢筋1就位后，将盖板6与套筒3焊接，为了防止混凝土24从套筒上方的第一钢筋1与套筒上部盖板6间隙进入套筒，在浇筑混凝土之前用玻璃硅胶涂抹缝隙。

然后绑扎其余钢筋，具体为：在剪力墙的边缘构件11内的各套筒3之间分别设置上边缘构件中竖向构造钢筋21，并在上边缘构件中竖向构造钢筋21外部绑扎边缘构件中拉结钢筋20，在边缘构件范围内的套筒3的外部设置加密约束箍筋22；

第三步：在工厂浇筑上部剪力墙7的混凝土24,上部预制剪力墙制作完成；

第四步：预制剪力墙现场拼装

采用吊车将上部剪力墙7吊起，将上部剪力墙中预埋套筒3对准下部剪力墙8(先前工厂预制且已完成拼装的)中两根预埋第二钢筋2，并将两根预埋第二钢筋2插入到上部剪力墙7的套筒3内；

采用封堵方木9围护灌浆缝四周，用钢钉钉穿方木钉入底座的混凝土中以固定木方，防止灌浆时产生的压力移动方木导致灌浆料18泄漏；

第五步：预制剪力墙注浆，

在上部剪力墙7和下部剪力墙8之间设有20mm的灌浆层10，灌浆料18从剪力墙中部灌浆口13，经过塑料灌浆管23，进入套筒28中，并通过灌浆层10流入每个套筒3内，同时对其他的剪力墙边缘多个灌浆孔14暂时封堵，当出现灌浆时压力不足或灌浆料流动性不足情况，个别套筒3的出浆口25不出浆，这时打开该套筒的灌浆孔，对该套筒进行直接灌浆，当所有剪力墙出浆孔25均有浆液流出时，结束灌浆，封堵相应灌浆孔。

(1)本申请接头运用于预制装配剪力墙边缘构件(暗柱)中，通过套筒截面尺寸一定，调整套筒长度及厚度以满足不同的直径钢筋的使用要求，实现钢筋在套筒中搭接长度变短，避免现场浇筑混凝土，实行全装配式施工。

(2)由于套筒中有两组钢筋，每组钢筋对套筒的作用力方向相反，这样每组钢筋对套筒、灌浆料的轴向作用的力大部分相互抵消，套筒、灌浆料所受的力小，接头的工作过程为两根钢筋在套筒中互锁，接头的互锁机制使传力更加可靠。这种互锁传力机制是本接头首创。

(3)套筒加在初期及加载后期的粘结力及纵向内力分析过程及分析结果：套筒加载前期纵向受拉、加载后期纵向受压，是本接头首创。这样套筒所受纵向的拉力小，加载后期套筒纵向受压，套筒主要起环向约束作用，套筒材料性能要求低，可为Q235、Q335钢材。

(4)将两组钢筋置于套筒中，采用圆弧形与矩形组成，套筒长方向加厚，加厚尺寸设计公式为了保证套筒长边不发生局部失稳，同时提供足够的约束，长方向壁厚

公式(1)，可以保证套筒截面尺寸施工方便的情况下，提供足够侧向约束，截面尺寸约束最优。

(4)由于两根钢筋的作用受力方向相反，这样钢筋对套筒作用的力相互抵消，套筒内所受剪应力小，套筒内部可不处理，灌浆料也不会拉出。

(6)套筒内径比钢筋直径大26～30mm，施工时具有较大误差容忍性，降低施工难度，施工质量易保证。

(7)本灌浆套筒搭接接头套筒内径大，钢筋与套筒壁间缝隙大，从而保证了灌浆密实性，施工质量易于保证，接头传力可靠。

(8)套筒内灌浆料可采用强度等级为C60的灌浆料，灌浆料骨料最大粒径小于4.75mm，这样灌浆料成本低于现有对接套筒采用的C80灌浆料强度(骨料最大粒径小于2.36mm)。

(9)长方向壁厚T计算公式(1)；

(10)套筒约束刚度计算公式(2)；

约束刚度考虑钢材及灌浆料弹性模量，将椭圆形套筒的约束等效为两个圆形套筒约束，提出套筒约束刚度计算公式

(11)钢筋与灌浆料的黏结强度公式(4)；

(12)套筒灌浆钢筋互锁接头长度设计公式：(6)。

Claims (2)

1.一种套筒灌浆钢筋互锁接头，其特征在于，它用于预制剪力墙边缘构件中竖向钢筋的连接，它包括若干组钢筋，每组钢筋包括受力方向相反的第一钢筋(1)和第二钢筋(2)，每组钢筋有两根，所有钢筋置于一个椭圆形套筒(3)内，其中，位于上方的所有第一钢筋(1)分别通过点焊连接在套筒(3)的两侧内壁，第一钢筋(1)的上部沿套筒(3内壁向上伸出，位于下方的所有第二钢筋(2)置于套筒(3)内下部并分别与对应的第一钢筋(1)交叉设置于套筒(3)内侧，第二钢筋(2)的下部向套筒(3)下部伸出；所述套筒(3)下部设有套筒灌浆口(4)，套筒(3)上部设有套筒出浆口(5)。

2.一种剪力墙的全预制施工方法，其特征在于，将权利要求1所述互锁接头运用于剪力墙的边缘构件(11)中，具体步骤如下：

第一步：工厂制作上部剪力墙(7)，上部剪力墙(7)包括剪力墙的边缘构件(11)和剪力墙墙身(12)，所述的剪力墙墙身(12)中设有预制墙身套筒(28，预制墙身套筒(28)内设有预制墙身中钢筋接头(19)、预制墙身中上部剪力墙中钢筋(26)、预制墙身中下部剪力墙中钢筋(27)；

第二步：工厂制作若干套筒(3)，用于预埋在两侧的剪力墙的边缘构件(11)内，将上部剪力墙第一钢筋(1)，穿过盖板(6)的两个孔(该孔比钢筋直径大2mm),并将两根第一钢筋(1)点焊在上部剪力墙的套筒(3)内壁上,以固定钢筋位置；

第一钢筋(1)就位后，将盖板(6)与套筒(3)焊接，为了防止混凝土(24)从套筒上方的第一钢筋(1)与套筒上部盖板(6)间隙进入套筒，在浇筑混凝土之前用玻璃硅胶涂抹缝隙；

然后绑扎其余钢筋，具体为：在剪力墙的边缘构件(11)内的各套筒(3)之间分别设置上边缘构件中竖向构造钢筋(21)，并在上边缘构件中竖向构造钢筋(21)外部绑扎边缘构件中拉结钢筋(20)，在边缘构件范围内的套筒(3)的外部设置加密约束箍筋(22)；

第三步：在工厂浇筑上部剪力墙(7)的混凝土(24),上部预制剪力墙制作完成；

第四步：预制剪力墙在现场拼装

采用吊车将上部剪力墙(7)吊起，将上部剪力墙中预埋套筒(3)对准下部剪力墙(8)(先前工厂预制且已完成拼装的)中两根预埋第二钢筋(2)，并将两根预埋第二钢筋(2)插入到上部剪力墙(7)的套筒(3)内；

采用封堵方木(9)围护灌浆缝四周，用钢钉钉穿方木钉入底座的混凝土中以固定木方，防止灌浆时产生的压力移动方木导致灌浆料(18)泄漏；

第五步：预制剪力墙注浆，

在上部剪力墙(7)和下部剪力墙(8)之间设有20mm的灌浆层(10)，灌浆料(18)从剪力墙中部灌浆口(13)，经过塑料灌浆管(23)，进入套筒(28)中，并通过灌浆层(10)流入每个套筒(3)内，同时对其他的剪力墙边缘多个灌浆孔(14)暂时封堵，当出现灌浆时压力不足或灌浆料流动性不足情况，个别套筒(3)的出浆口(25)不出浆，这时打开该套筒的灌浆孔，对该套筒进行直接灌浆，当所有剪力墙出浆孔(25)均有浆液流出时，结束灌浆，封堵相应灌浆孔。

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