節(jié)段預(yù)制拼裝UHPC梁接縫抗剪性能試驗(yàn)與理論研究.pdf

1、節(jié)段預(yù)制拼裝UHPC梁因具有結(jié)構(gòu)更輕薄、施工更便捷、壽命更長久等特點(diǎn)，近年來得到不斷推廣應(yīng)用。相比整體澆筑UHPC梁而言，節(jié)段預(yù)制拼裝UHPC梁最大的不同在于節(jié)段的接縫，接縫處混凝土結(jié)構(gòu)界面分離，縱筋不連續(xù)，其力學(xué)性能和耐久性能是影響UHPC梁的整體受力的主要因素之一。本文主要研究UHPC接縫的抗剪性能，對(duì)34個(gè)接縫抗剪性能試件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并建立了有限元模型對(duì)接縫的各影響參數(shù)進(jìn)行了分析探討，基于應(yīng)力莫爾圓準(zhǔn)則，考慮剪切面彎矩的影響，

2、對(duì)既有接縫抗剪承載力公式進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)，考慮UHPC接縫的受力特點(diǎn)及斜裂縫面纖維的貢獻(xiàn)，提出了適用于UHPC接縫的直剪承載力計(jì)算公式。
　　1)不同混凝土強(qiáng)度及配纖率的混凝土接縫抗剪性能試驗(yàn)研究
　　通過對(duì)29個(gè)接縫直剪試件和5個(gè)接縫彎剪復(fù)合作用試件的抗剪承載力試驗(yàn)，研究分析了側(cè)向應(yīng)力、混凝土強(qiáng)度、配纖率、鍵齒數(shù)量，鍵齒尺寸、鍵齒配筋形式及彎矩對(duì)接縫抗剪承載力、變形及破壞模式的影響。結(jié)果表明，側(cè)向應(yīng)力、混凝土基體強(qiáng)度的提高

3、和鋼纖維的摻入能顯著提高接縫的抗剪承載力。UHPC多鍵齒接縫仍然存在折減效應(yīng)，試驗(yàn)所得多鍵齒折減系數(shù)約為0.76～0.84。大鍵齒接縫相比三鍵齒接縫在彈性階段的剛度雖然較低，但抗剪承載力提高了9.7％。在大鍵齒中配筋能進(jìn)一步提高接縫開裂前的剛度和抗剪承載力，其中配筋形式1對(duì)接縫承載力的提升更有效，鍵齒接縫的剛度也有明顯提升。配筋形式2對(duì)接縫承載力的提升較少。大鍵齒接縫有承載力較高、便于拼裝和易于配筋等優(yōu)點(diǎn)，在拼裝梁接縫抗剪需求較大時(shí)建議

4、采用大鍵齒接縫。
　　2)UHPC接縫有限元模擬及影響參數(shù)分析
　　通過建立接縫有限元模型對(duì)接縫受力過程進(jìn)行了研究，對(duì)本接縫試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，并分別對(duì)UHPC接縫鍵齒傾角、鍵齒深度、側(cè)向應(yīng)力、剪切面彎矩等進(jìn)行了參數(shù)分析。結(jié)果表明有限元模擬解釋了試驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象，揭示了鍵齒接縫的受力過程:對(duì)鍵齒所受主拉應(yīng)力、側(cè)向應(yīng)力、剪應(yīng)力和變形的分析解釋了接縫面剝離現(xiàn)象;對(duì)三鍵齒、大鍵齒應(yīng)力分布的分析解釋了多鍵齒的折減效應(yīng)和大鍵齒承載力提升

5、的原因。有限元對(duì)接縫承載力的預(yù)測與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，但對(duì)相對(duì)滑移的模擬偏小。進(jìn)行UHPC鍵齒接縫的設(shè)計(jì)時(shí):鍵齒深高比η應(yīng)大于臨界值ηcritical，ηcritical約在0.05～0.1之間;鍵齒傾角α應(yīng)小于臨界值αcritical，αcritical約在45°～60°之間，兩臨界值均隨側(cè)向應(yīng)力的增加而增加。在側(cè)向應(yīng)力較小時(shí)，剪切面彎矩對(duì)接縫的抗剪承載力無明顯影響，而在側(cè)向應(yīng)力較大時(shí)，隨著剪切面彎矩的增加，接縫張開量逐漸增大，僅部分鍵

6、齒主要承力，抗剪承載力逐漸減小。
　　3)接縫抗剪承載能力計(jì)算方法研究
　　基于既有接縫直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)既有接縫承載力計(jì)算公式進(jìn)行了評(píng)價(jià)。然后基于應(yīng)力莫爾圓原理對(duì)接縫承載力計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，考慮了接縫剪切面彎矩對(duì)抗剪承載力的影響，提出了考慮彎矩影響的混凝土接縫抗剪承載力計(jì)算方法。之后研究了UHPC接縫的受力特點(diǎn)，對(duì)既有AASHTO接縫承載力計(jì)算公式進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)探討了纖維對(duì)混凝土接縫抗剪承載力的增強(qiáng)機(jī)理，考慮纖維

7、混凝土及UHPC斜裂縫面的纖維項(xiàng)貢獻(xiàn)，提出了適用于UHPC接縫的抗剪承載力計(jì)算公式，并采用接縫試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　結(jié)果表明，接縫承載力與最大主拉應(yīng)力破壞下的計(jì)算值接近，試件符合最大主拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則;UHPC接縫的抗剪承載力計(jì)算式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，相比原有AASHTO公式更能較好的預(yù)測UHPC接縫的直剪承載力;考慮彎矩影響的計(jì)算式在計(jì)算多鍵齒干接縫抗剪承載力時(shí)，相比AASHTO公式與試驗(yàn)值更加吻合?？紤]纖維貢獻(xiàn)的纖