在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋的連接形式對結(jié)構(gòu)的整體性能有一定的影響，合理的連接形式能有效的提高其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)性，加快施工進(jìn)度等。目前國內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中常用的鋼筋連接方式有以下3種:焊接連接、綁扎搭接、機(jī)械連接，在實際工程中應(yīng)根據(jù)不同的情況采取合理的連接方式。隨著我國鋼筋機(jī)械連接技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼筋連接套筒擠壓連接作為一種新型機(jī)械式鋼筋連接措施，與傳統(tǒng)的搭接和焊接相比具有接頭性能可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)備簡單輕巧、施工速度快、節(jié)約鋼材、不受氣候及焊工技術(shù)水平的影響、安全無火災(zāi)隱患等優(yōu)點。因此，套筒連接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類高層建筑以及一些重大工程，并且得到了普遍好評。然而隨著建筑火災(zāi)的頻發(fā)，建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的安全分析以及鋼筋抗火性能研究的日益深入，研究采用套筒連接的鋼筋在高溫下的力學(xué)性能顯得十分必要。

　　1 試驗概況

　　1.1 試驗設(shè)備

　　試驗采用的加載設(shè)備為 試驗機(jī)，升溫裝置為筒式電熱爐和溫控儀。試驗地點為武警學(xué)院工程系力學(xué)實驗室。

　　1.2 試驗材料

　　采用的鋼筋連接套筒由中國建筑科學(xué)研究院建碩股份有限公司設(shè)計并提供，選用兩種不同類別的鋼筋連接套筒接頭——普通套筒與冷壓套筒，套筒均按三級鋼做成。試件分3組，共11根，其中4根為細(xì)晶鋼筋普通套筒連接、4根為細(xì)晶鋼筋冷壓套筒連接、3根為普通三級鋼普通套筒連接，如圖1所示。鋼筋直徑都為20mm。

　　1.3 試驗方法及過程

　　試驗中細(xì)晶鋼筋普通套筒和冷壓套筒采用150℃、300℃、450℃、600℃這4個溫度觀測點，三級鋼筋普通套筒采用200℃、400℃、600℃這3個觀測點，共6個溫度段。將試件放入筒式電熱爐內(nèi)，安裝電子應(yīng)變儀，加熱至預(yù)定溫度后保持恒溫15min，并對高溫引起的自由膨脹變形清零，以0.5kN/s的加載速度開始加載，考慮到極限強(qiáng)度對耐火設(shè)計意義不大以及電子應(yīng)變儀的量程限制，加載至試件屈服進(jìn)入強(qiáng)化階段后停止試驗。試驗測量了不同溫度下鋼筋的屈服力、屈服強(qiáng)度、軸向變形、彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)。

　　2 試驗結(jié)果及分析

　　2.1 試驗現(xiàn)象

　　從試驗結(jié)果可以看到，拉伸試驗的破壞發(fā)生在遠(yuǎn)離套筒接頭的鋼筋母材上，當(dāng)溫度低于450℃時，恒溫15min后進(jìn)行鋼筋的材性試驗，發(fā)現(xiàn)都有滑移現(xiàn)象。由于試驗設(shè)備及其加工工藝的原因[3]，鋼筋與套筒擠壓連接后的粘結(jié)能力存在一定缺陷，導(dǎo)好限滑移量的增大。

　　2.2 力學(xué)性能指標(biāo)

　　2.2.1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

　　通過處理實驗數(shù)據(jù)，得到了高溫下采用不同套筒連接的鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖2、圖3所示。并且與通長鋼筋在高溫及常溫下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線作對比(圖4)，可以看出采用套筒連接的鋼筋與無連接形式的鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎是吻合的，可以認(rèn)為鋼筋在高溫下采用套筒連接對其應(yīng)力-應(yīng)變曲線影響較小。

　　2.2.2 屈服強(qiáng)度及彈性模量

　　試驗可得，鋼筋在高溫下力學(xué)性能發(fā)生了改變，其屈服強(qiáng)度和彈性模量隨著溫度的升高幾乎成線性下降，以細(xì)晶鋼筋普通套筒連接為例，其彈性模量與常溫下比較，150℃時降低7%，300℃時降低了27%，450℃時降低了42%，600℃時降低了59%。表1給出了高溫下鋼筋屈服強(qiáng)度和彈性模量的劣化結(jié)果及折減系數(shù)。

　　表1 高溫下細(xì)晶鋼筋屈服強(qiáng)度與彈性模量劣化結(jié)果表

　　3 力學(xué)模型

　　經(jīng)回歸分析試驗結(jié)果，得到了高溫下鋼筋的屈服強(qiáng)度、彈性模量的變化模型。國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，在300℃以內(nèi)普通熱軋鋼筋各力學(xué)性能指標(biāo)的降低幅度很小，與常溫狀態(tài)下基本無異，然而從表1可以看出，在150℃的條件下，該次試驗普通套筒連接的細(xì)晶鋼筋屈服強(qiáng)度已經(jīng)下降了10%左右，因此眾多學(xué)者針對普通熱軋鋼筋提出的高溫本構(gòu)模型并不適用于套筒連接下的細(xì)晶鋼筋。為吻合該次試驗數(shù)據(jù)，文章給出了高溫下鋼筋連接套筒力學(xué)性能的擬合公式，并且與高溫下通長鋼筋的擬合公式作對比。

　　通長鋼筋力學(xué)性能擬合公式

　　鋼筋連接套筒力學(xué)性能擬合公式

　　各式中，T為所經(jīng)歷的溫度

　　分別為鋼筋在溫度T下的屈服強(qiáng)度和彈性模量;fy、Es分別為鋼筋在常溫下得屈服強(qiáng)度和彈性模量。

　　4 結(jié) 語

　　通過研究鋼筋連接套筒在高溫下的力學(xué)性能，并且與通長鋼筋作對比，由試驗結(jié)果可以看出，套筒連接形式對鋼筋在高溫下的抗火性能影響不大，在鋼筋連接套筒拉伸至抗拉強(qiáng)度直至塑性變形時，套筒的變形量仍在彈性變形范圍內(nèi)，未發(fā)生破壞，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線與通長鋼筋基本吻合，高溫下鋼筋的屈服強(qiáng)度和彈性模量劣化程度基本相同。在結(jié)構(gòu)的耐火分析中，建議對有套筒連接形式的鋼筋在高溫下的屈服強(qiáng)度和彈性模量按照文中擬合的公式(3)、式(4)計算，從而使對結(jié)構(gòu)的抗火性能評估更加合理可靠。