本發明屬于建筑工程技術領域，主要涉及裝配式建筑預制鋼筋混凝土中鋼筋的連接技術，具體的說是一種用于預制混凝土構件鋼筋連接的新型灌漿套筒。

　　背景技術：

　　當前，裝配式建筑結構是我國建筑工業化進程中重點發展的結構形式之一，其高效率、低能耗及環保等符合當前社會經濟發展的趨勢。裝配式建筑工廠化程度高，構件在專業的預制廠中預制，經過科學合理地養護之后運送至現場進行組裝，相比現澆構件，裝配式最主要的問題在于其整體性能，因此連接技術就是該結構的關鍵。

　　裝配式結構中構件的連接關鍵是鋼筋的連接，主要有兩種方式：第一種是鋼筋漿錨連接，它是指在預制混凝土構件中采用特殊工藝制造而成的孔道內插入需搭接的鋼筋，并且灌注水泥基灌漿料而實現的鋼筋搭接連接方式，多用于墻板結構中。另一種為鋼筋套筒灌漿連接，是指在預制混凝土構件內預埋的金屬套筒中插入鋼筋并灌注水泥基灌漿料而實現的鋼筋對接連接方式。

　　目前，我國各地的裝配式混凝土結構相關規范、規程中的鋼筋連接將灌漿套筒連接作為優選。原因是與漿錨連接相比，灌漿套筒連接受力鋼筋具可靠性較高。

　　現有的灌漿套筒，比如專利cn103452246a公開的一種鋼筋漿錨對接連接的灌漿變形鋼管套筒，具有形式笨重、體積大、造價高和加工費時費料等缺點，不利于裝配式建筑的發展。

　　因此，需要研發一種結構合理、制作簡單且使用性能優異的灌漿套筒，能保證構件鋼筋之間的可靠連接。

　　技術實現要素：

　　本發明為了解決現有灌漿套筒存在問題，提供一種用于預制混凝土構件鋼筋連接的新型灌漿套筒，在保證相同可靠性的情況下，不需要車削加工，降低造價節約原材料。

　　一種用于預制混凝土構件鋼筋連接的新型灌漿套筒，其特征在于：包括無縫方鋼管，無縫方鋼管管內設置有內置彈簧和內置帶肋鋼筋，內置帶肋鋼筋有四根，分別以與無縫方鋼管中心軸線大致平行的方式焊接在無縫方鋼管的四個內角；內置彈簧設置于四根內置帶肋鋼筋所形成的空間內，內置彈簧外壁與內置帶肋鋼筋側壁局部貼合并焊接，內置彈簧與無縫方鋼管共中心軸線設置；內置彈簧內徑大于預制混凝土構件的待連接鋼筋外徑，以容納待連接鋼筋分別從內置彈簧兩端端口插入；無縫方鋼管管壁上設有與無縫方鋼管內部連通的注漿嘴和出漿嘴，用于灌注漿料；無縫方鋼管的兩開口端設有用于封閉端口的塞子，塞子中部具有與待連接鋼筋直徑匹配的孔洞。

　　作為優選，無縫方鋼管內中部固定有限位銷，限位銷垂直于無縫方鋼管的中心軸線設置。

　　作為優選，內置彈簧、內置帶肋鋼筋分別與無縫方鋼管長度相同。

　　作為優選，四根內置帶肋鋼筋的中心點構成正方形的四個頂點。

　　作為優選，注漿嘴和出漿嘴分別設置于無縫方鋼管的兩端距離端口10～15mm處。

　　作為優選，無縫方鋼管由長方鋼管切割而成。

　　作為優選，內置帶肋鋼筋由普通熱軋帶肋鋼筋切割而成。

　　作為優選，內置彈簧為線徑2mm的回力彈簧。

　　作為優選，塞子為橡膠材質。

　　作為優選，無縫方鋼管為普通碳素結構鋼材質。

　　本發明與現有技術相比，有益效果如下：

　　1.本發明使用的原材料普通且易于獲得，加工制作過程簡單，成本低廉，使用性能優異，能廣泛運用于預制剪力墻、預制柱和梁柱節點之間鋼筋的連接。

　　2.節省材料：方形鋼管與圓形鋼管，在有效空腔相同的情況下即錨固性能相近的情況下，方形鋼管的橫截面及體積均小于圓形鋼管的橫截面及體積。比如通過實驗證實，外邊長/內邊長為40mm/33mm的方形套筒和外徑/內徑為50mm/43mm的錨固性能是相近的即具有相同的有效空腔，既然能達到同樣錨固效果，選擇方形鋼管既能夠節省材料，又能夠節約空間。

　　3.材料成本低：本發明灌漿套筒的筒體即無縫方鋼管采用的鋼材是普通碳素結構鋼；現有灌漿套筒是通過車削工藝或采用鑄造工藝在筒體內壁形成肋，采用的鋼材是低合金鋼材或球墨鑄鐵等。

　　4.內置彈簧相當于是套筒內的肋，代替傳統的車削加工或鑄造成型的肋，用來增加套筒與灌漿料的機械咬合力；傳統的內壁的肋形成工藝復雜，本發明灌漿套筒結構簡單、制作方便、便于批量生產。

　　5.受力形式創新；傳統套筒的套筒壁直接承受軸向拉力和灌漿料膨脹產生的徑向膨脹力，本發明灌漿套筒的內置帶肋鋼筋承擔主要軸向拉力，方鋼管承受徑向膨脹力。

　　如果本發明灌漿套筒的方鋼管內部不焊接內置帶肋鋼筋，那么方鋼管自身將承擔連接鋼筋的所有拉力，此時方鋼管自身的抗拉強度應當滿足鋼筋的極限抗拉承載力，因此對套筒材料的要求比較高，相應的成本也會增加很多；而本發明灌漿套筒結構中，內置鋼筋能夠承擔主要軸向拉力，因此可以降低對灌漿套筒的材質要求；另外由于灌漿料的徑向膨脹作用對鋼管產生的膨脹力相對于套筒的軸向拉力來說很小，所以采用普通鋼管即可以滿足要求。

　　附圖說明

　　圖1為實施例1所述灌漿套筒整體結構示意圖；

　　圖2為圖1中灌漿套筒的a-a剖面圖；

　　圖3為實施例1所述灌漿套筒應用示意圖；

　　圖4為圖3中灌漿套筒的b-b剖面圖；

　　圖5為灌漿套筒接頭試件a1、a2、a3、a1、a2、a3的荷載-位移關系曲線；

　　圖6為灌漿套筒接頭試件a4、a5、a6、a4、a5、a6的荷載-位移關系曲線；

　　圖7為試件a1的荷載-應變關系曲線(沿軸向方向的軸向應變)；

　　圖8為試件a1的荷載-應變關系曲線(沿軸向方向的環向應變)。

　　圖中：1-無縫方鋼管；2-內置彈簧；3-內置帶肋鋼筋；4-注漿嘴；5-限位銷；6-塞子；7-出漿嘴；8-預制混凝土構件鋼筋；9-水泥基灌漿料。

　　具體實施方式

　　為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合實例及附圖對本發明作進一步描述，但不限定本發明。

　　一、實施例1

　　一種用于預制混凝土構件鋼筋連接的新型灌漿套筒，參見圖1和圖2，包括無縫方鋼管1，無縫方鋼管1管內設置有內置彈簧2和內置帶肋鋼筋3，內置帶肋鋼筋3有四根，分別以與無縫方鋼管1中心軸線大致平行的方式焊接在無縫方鋼管1的四個內角；內置彈簧2設置于四根內置帶肋鋼筋3所形成的空間內，內置彈簧2外壁與內置帶肋鋼筋3側壁局部貼合并焊接，內置彈簧2與無縫方鋼管1共中心軸線設置；內置彈簧2內徑大于預制混凝土構件的待連接鋼筋8的外徑，以容納待連接鋼筋8分別從內置彈簧2兩端端口插入；無縫方鋼管1管壁上設有與無縫方鋼管1內部連通的注漿嘴4和出漿嘴7，用于灌注漿料；無縫方鋼管1的兩開口端設有用于封閉端口的塞子6，塞子6中部具有與待連接鋼筋8直徑匹配的孔洞。

　　無縫方鋼管1內中部固定有限位銷5，限位銷5垂直于無縫方鋼管1的中心軸線設置限制待連接鋼筋8錨固長度。

　　內置彈簧2、內置帶肋鋼筋3分別與無縫方鋼管1長度相同。

　　四根內置帶肋鋼筋3的中心點構成正方形的四個頂點。

　　注漿嘴4和出漿嘴7分別設置于無縫方鋼管1的兩端距離端口10～15mm處。

　　無縫方鋼管1由長方鋼管切割而成。無縫方鋼管1的材料是普通碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、低合金高強度鋼或其他。

　　內置帶肋鋼筋3由普通熱軋帶肋鋼筋切割而成。

　　內置彈簧2為線徑2mm的回力彈簧。

　　塞子6為橡膠材質。

　　二、下面為實施例1種灌漿套筒的工程應用，以預制混凝土柱之間的鋼筋連接為例：

　　(1)在預制構件加工廠預制上預制柱時，將實施例1的灌漿套筒根據配筋安裝到上預制柱底部，灌漿套筒底部與上預制柱底部平齊，并將灌漿套筒固定在現澆鋼筋混凝土用木制模板中，將上預制柱中待連接鋼筋插入固定好的灌漿套筒中至指定深度，并在灌漿套筒的上端口用橡膠塞封堵，灌漿套筒下端口用沒有開口的橡膠塞臨時封堵，防止水泥漿進入；待與下預制柱連接后重新用有開口的橡膠塞封住，固定好上預制柱待連接鋼筋后澆筑整個上預制柱混凝土至規定強度后，脫模待用。

　　(2)在預制柱構件現場安裝時，使用起重機將上預制柱起吊，將預埋在上預制柱中的灌漿套筒的套筒口對準相同位置伸出外露的待連接鋼筋的端部，然后慢慢下降直至下預制柱安裝到位。

　　(3)在預制柱構件矯正和臨時固定后，對上預制柱和下預制柱的接縫處使用灌縫砂漿封堵，然后從灌漿套筒的低位處的注漿嘴灌注高強度無收縮灌漿料，以及灌漿套筒的高位處的排漿嘴灌漿料排出，封堵后養護至規定的強度，即完成預制柱的豎向縱筋的連接。

　　三、下面為灌漿套筒接頭試件及其性能測試：

　　灌漿套筒接頭試件的制作：在實驗室制作如圖3及圖4所示的灌漿套筒接頭試件，試件所采用鋼管類型及尺寸見表1，制作試樣見表2：

　　表1.方形和圓形鋼管的尺寸

　　表2灌漿套筒接頭試件

　　錨固長度：單側連接鋼筋深入灌漿套筒的長度。

　　需要說明的是：上述方形鋼管對應的灌漿套筒的結構為本發明灌漿套筒結構；上述圓形鋼管對應的灌漿套筒的結構即為僅將本發明灌漿套筒中的無縫方鋼管替換為圓形鋼管且其他結構相同所對應的結構。

　　四、下面為灌漿套筒錨固性能測試和鋼管外表面應變測量：

　　(1)灌漿套筒錨固性能測試

　　將表2中所述的12種灌漿套筒接頭試件在萬能材料試驗機上做拉伸試驗，試驗機最大量程為1000kn，加載速率2mpa每秒，鋼筋斷裂或被拔出時終止加載，試驗過程中由試驗機自動記錄荷載及夾具間的位移。試件荷載-位移關系曲線如圖5和圖6，其中橫坐標為試驗機夾具間的相對位移。

　　可以看出，對于同種型號的鋼筋，圓形鋼管套筒和方形鋼管套筒的拉伸荷載-位移曲線相似，共分為四段。第一個上升段試件剛度較大，荷載和位移呈線性相關，鋼筋橫肋與灌漿料之間相互擠壓，鋼筋屈服前在套筒端部未發現明顯的劈裂裂縫；水平段為鋼筋屈服階段；第二個上升段為鋼筋強化階段，在該階段鋼筋與灌漿料之間充分擠壓，肋前灌漿料破碎區不斷擴大，灌漿料劈裂裂縫充分開展；下降段為鋼筋頸縮階段。

　　在彈性階段，方形套筒和圓形套筒的曲線基本重合，在屈服以及強化階段，套筒長度為315mm和375mm的試件的曲線也基本重合，由此可知，方形鋼管套筒對鋼筋的錨固性能和圓形鋼管套筒對鋼筋的錨固性能基本保持一致，所以方形鋼管套筒對鋼筋的連接作用也是可靠的，并沒有因為套筒形狀的改變而降低。

　　(2)灌漿套筒接頭試件的鋼管外表面應變

　　為研究套筒的應力分布，試驗還選取表2中所述的試件a1，在試件a1的套筒的外壁沿套筒軸向和環向粘貼應變片，對套筒表面應變進行檢測。

　　圖7為試件a1的荷載-應變關系曲線(沿軸向方向的軸向應變)，縱坐標代表的是應變，橫坐標代表的是應變片在套筒軸向上的位置，橫坐標0表示套筒軸向上的中心位置，圖中曲線分別表示在荷載為10kn、20kn、30kn、40kn、50kn、60kn的情況下，套筒表面各位置處，軸向應變的大小。由圖7可以看出，套筒軸向應變為拉應變，從中間向兩端呈對稱分布，并逐漸減小，荷載越大，應變越大。

　　圖8為試件a1的荷載-應變關系曲線(沿軸向方向的環向應變)，縱坐標代表的是應變，橫坐標代表的是應變片在套筒軸向上的位置，橫坐標0表示套筒軸向上的中心位置，圖中曲線分別表示在荷載為10kn、20kn、30kn、40kn、50kn、60kn的情況下，套筒表面各位置處，軸向應變的大小。由圖8可知，套筒環向應變為壓應變，從中間向兩端呈對稱分布，并逐漸減小，荷載越大，應變越大。

　　技術特征：

　　技術總結

　　一種用于預制混凝土構件鋼筋連接的新型灌漿套筒，包括無縫方鋼管，無縫方鋼管管內設置有內置彈簧和內置帶肋鋼筋；內置帶肋鋼筋分別焊接在無縫方鋼管的四個內角；內置彈簧設置于四根內置帶肋鋼筋所形成的空間內，內置彈簧外壁與內置帶肋鋼筋側壁局部貼合并焊接，內置彈簧與無縫方鋼管共中心軸線設置；內置彈簧內徑大于預制混凝土構件鋼筋；無縫方鋼管管壁上設有與無縫方鋼管內部連通的注漿嘴和出漿嘴；無縫方鋼管的兩開口端設有用于封閉端口的塞子，塞子中部具有與預制混凝土構件鋼筋直徑匹配的孔洞。本發明使用的原材料普通且易于獲得，加工制作過程簡單，成本低廉，使用性能優異，能廣泛運用于預制剪力墻、預制柱和梁柱節點之間鋼筋的連接。

　　技術研發人員：戴紹斌;鄭小林;魯志偉;李玉博;黃俊;劉軒

　　受保護的技術使用者：武漢理工大學

　　技術研發日：2018.04.10

　　技術公布日：2018.09.04