预制装配双向受力板的一种特殊UHPC接缝力学性能研究.pdf
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1、藏东南地区输电线路景观塔真型试验研究廖 邢 军甘 小 平黄 兴李 育 兵蒲 凡?年 月第 卷第 期中 文 引 用 格 式:边 小 宇预 制 装 配 双 向 受 力 板 的 一 种 特 殊接 缝 力 学 性 能 研 究 特 种 结 构,():英 文 引 用 格 式:,():预 制 装 配 双 向 受 力 板 的 一 种 特 殊接 缝 力 学 性 能 研 究边 小 宇上 海 市 城 市 建 设 设 计 研 究 总 院(集 团)有 限 公 司 摘 要:为 验 证 超 高 性 能 混 凝 土()接 缝 对 预 制 装 配 板 双 向 性 能 的 影 响,本 文 采 用 数 值 仿 真 分 析 的方 法
2、,研 究 了 超 高 性 能 混 凝 土()连 接 预 制 装 配 式 双 向 受 力 结 构 板 湿 接 缝 的 力 学 性 能。通 过 与 同等 尺 度 整 浇 结 构 板 比 较,讨 论 了 装 配 式 结 构 板 的 双 向 受 力 特 性 及 湿 接 缝 受 力 特 性 对 装 配 式 结 构 板 的 影响。结 果 表 明接 缝 能 够 有 效 控 制 装 配 板 在 屈 服 前 的 变 形 及 受 力,达 到 与 完 整 板 相 当 的 受 力 变 形性 能,同 时 满 足 规 范 的 变 形 要 求,并 具 备 双 向 受 力 变 形 性 能,证 明 了 将湿 接 缝 用 于 双
3、 向 受 力 预制 板 连 接 的 可 行 性。关 键 词:地 下 水 厂预 制 装 配 板双 向 受 力超 高 性 能 混 凝 土湿 接 缝数 值 模 拟:牗牘 牞 牞 牞 牶 牗 牘 牞 牗 牘 牞 牞 牞 牞 牞 牶 引 言装 配 式 结 构 以 其 具 有 构 件 预 制、现 场 施 工 作业 量 少,对 现 场 环 境 污 染 小 等 优 点 在 近 几 年 受 到大 力 推 广。在 装 配 式 结 构 中,预 制 构 件 的 连 接节 点 一 直 是 研 究 的 重 点,以 实 现“强 节 点、弱 构件”的 设 计 原 则。对 于 预 制 构 件 的 连 接 节 点,包括 湿 连
4、接 和 干 连 接。其 中 湿 连 接 包 括 带 键 槽 的 湿连 接、不 带 键 槽 的 湿 连 接、套 筒 连 接、波 纹 管 连接 等,干 连 接 包 括 预 应 力 连 接、焊 接、螺 栓 连 接等,。从 施 工 便 利 性 及 结 构 构 件 的 完 整 性 来看,湿 连 接 方 式 要 优 于 干 连 接。但 传 统 的 湿 连 接采 用 后 浇 混 凝 土,钢 筋 连 接 构 造 复 杂,不 便 于 施工。而 超 高 性 能 混 凝 土 具 备 高 强 度、高 延 性 的 特点,使 其 成 为 一 种 合 适 的 湿 接 缝 后 浇 材 料。超 高 性 能 混 凝 土(,)是
5、根 据 最 大 堆 积 密 度 理 论,由 水 年 月第 卷第 期 泥、硅 灰、纤 维(钢 纤 维 或 复 合 有 机 纤 维)、石 英砂、高 效 减 水 剂 等 细 骨 料 配 制 而 成 的 水 泥 基 复 合材 料,其 超 高 性 能 主 要 包 含 力 学 性 能 和 耐 久 性 性能 优 异 两 个 方 面。等在 搭 接 试 件 直 接拉 伸 试 验 中 发 现能 够 限 制 裂 纹 的 发 展,使劈 裂 粘 结 破 坏 更 具 延 性。目 前,国 内 外 学 者 对用 于 预 制 构 件 的连 接 已 开 展 了 一 系 列 的 研 究。等采 用 超高 性 能 纤 维 增 强 混
6、凝 土()和 短 钢 筋 拼 接连 接 预 制 构 件,进 行 受 弯 梁 试 验,发 现可 以 有 效 地 连 接 受 弯 预 制 混 凝 土 构 件,减 少 拼 接长 度。等对 采 用接 缝 连接 的 预 制 桥 面 板 进 行 了 悬 臂 板 试 验,在 负 弯 矩 和剪 切 力 作 用 下,接 缝 保 持 了 桥 面 板 的 连续 性,并 展 现 了 良 好 的 抗 裂 性 能。等将不 同级 材 料 用 于 预 制 桥 面 连 接,由 桥 面 板水 平 连 接 试 验,发 现 搭 接 连 接 在 循 环 荷 载 作 用 下仍 保 持 整 体 性,钢 筋 与之 间 的 相 对 滑 移 量
7、很 小,并 给 出 了 合 理 锚 固 长 度。张 永 涛 等提 出宽 度 的型 钢 筋 接 缝,用 于 预 制 桥面 板 连 接,由 四 点 弯 曲 静 力 试 验 表 明 其 具 有 与 整板 相 当 的 极 限 承 载 能 力,相 比 传 统 的 高 强 混 凝 土接 缝 能 够 提 高 接 缝 区 的 抗 裂 性 能,由 荷 载挠 度曲 线 表 明 其 有 相 当 的 抗 弯 刚 度。胡 志 坚 等对不 同 湿 接 缝 宽 度、不 同 湿 接 缝 界 面 形 式、不 同 配筋 率 的连 接 桥 面 板 进 行 了 有 限 元 参 数 分析,表 明接 缝 宽 度 可 减 小 至,同 时楔
8、 形 或 菱 形 的 接 缝 界 面 能 够 提 高 板 的 承 载 能 力。等采 用接 缝 连 接 预 制 桥 面 板,通 过 两 点 弯 曲 试 验 对 比 漏 斗 形 和 楔 形 接 缝,以 及形 配 筋 和 弧 形 配 筋 的 区 别,结 果 显 示接缝 连 接 板 承 载 能 力 与 整 板 相 当,且 具 有 较 优 的 抗裂 能 力。在 漏 斗 形 接 缝 中,建 议 采 用 弧 形 配 筋,可 提 高 构 件 的 抗 弯 刚 度。因 此 目 前湿 接 缝在 桥 梁 工 程 预 制 桥 面 板 构 件 中 运 用 广 泛,在 建 筑结 构 中 将用 于 预 制 板 连 接 的 研
9、 究 较 少。而这 类 结 构 板 不 同 于 桥 面 板,通 常 是 双 向 受 弯,将接 缝 用 于 双 向 受 力 预 制 板 连 接,可 能 会 展现 不 同 的 受 力 特 性。本 文 以 某 地 下 污 水 处 理 厂 预 制 装 配 式 结 构 为背 景,对 采 用湿 接 缝 的 预 制 装 配 板 构 件 进行 数 值 仿 真 分 析,揭 示接 缝 装 配 板 的 受 力及 变 形 特 点,并 讨 论 其 双 向 受 力 变 形 性 能 及 湿 接缝 受 力 特 性 对 装 配 式 结 构 板 的 影 响。通 过 本 文 研究 内 容,为湿 接 缝 预 制 装 配 板 构 件
10、的 设 计提 供 参 考 依 据。湿 接 缝 连 接 装 配 板对 于 预 制 装 配 结 构,采 用 超 高 性 能 混 凝 土 作为 湿 接 缝 是 一 种 新 型 的 连 接 方 案。在 本 工 程 背 景中,预 制 装 配 板 的 类 型 繁 多,故 采 用 其 中 数 量 最多 的 典 型 形 式 作 为 分 析 对 象,装 配 板 构 造 如 图所 示。图 装配板构造示意 装 配 板 由 四 块 预 制 板 拼 装 而 成,号 板 的 尺寸 为 ,号 板 的 尺 寸为 ,装 配 后 整 块 板 的尺 寸 为 。预 制 板 通 过湿 接 缝 进 行 连 接,在 预 制 板 上 现 浇
11、厚普 通 混 凝 土 叠 合 层 形 成 完 整 的 板 结 构,其中湿 接 缝 的 宽 度 为。沿 整 板 短 边 方向 为 通 长 钢 筋 布 置,长 边 方 向 为 通 过 钢 筋 搭 接 并通 过接 缝 连 接 构 成 受 力 体 系。有 限 元 模 型 的 建 立 模 型 尺 寸 及 单 元 材 料 设 置在中 建 立 了 两 类 板 三 维 模 型:()整板 模 型,尺 寸 为 ;()装配 板 模 型,由块 尺 寸 为 和块 尺 寸 为 拼 装 而 成。在 预 制 板 之 间 设 置的 拼 装 缝,通过后 浇 接 缝 连 接,并 设 置厚 的 现浇 叠 合 层 形 成 尺 寸 为
12、的 板,如 图所 示。预 制 板 材 料 采 用混 凝 土,弹 性 参 数 基 于 混 凝 土 结 构 设 计 规 范()给 出的 混 凝 土 基 本 参 数。后 浇 接 缝 基 本 力 学 参数 基 于等给 出,如 表所 示。预制装配双向受力板的一种特殊 接缝力学性能研究边 小 宇?图 装配板塑性模型 表预 制 板 混 凝 土 与基 本 力 学 参 数 材 料弹 性 模 量 泊 松 比 密 度()混 凝 土 预 制 板混 凝 土 材 料 及 接 缝材 料 均采 用 塑 性 损 伤 本 构 模 型,其 中 预 制 板 材 料 塑 性 参数 根 据 混 凝 土 结 构 设 计 规 范()给 出
13、的 本 构 模 型,并 由 孙 从 亚 等基 于 高斯 积 分 算 法 计 算 抗 压 损 伤 参 数,由用 户手 册 中 基 于 断 裂 能 定 义 受 拉 损 伤 参 数,其 他 参 数根 据等给 出。本 构 关 系 基 于 杨 剑单 轴 压 缩 本 构 和胡 翱 翔 等单 轴 拉 伸 本 构,根 据等单 轴 拉 压 试 验 得 到,由 高 斯 积 分 算 法 计 算拉 压 损 伤 参 数,其 他 参 数 根 据等给出,受 压 应 力应 变 关 系 如 式()所 示:()()()()()式 中:为 峰 值 压 应 力,取;,为 初 始 弹 性 模 型,为 峰 值 点 的 割 线 模量;,为
14、 压 应 变,为 峰 值 压 应 变,取 。受 拉 应 力应 变 关 系 如 式()所 示:()()()()()式 中:为 峰 值 拉 应 力;,为 拉 应变,为 平 台 段 终 点 拉 应 变,取 ;为 平 台 段 起 点 拉 应 变,取 。应 力应 变 曲 线 如 图所 示,混 凝土 材 料 及材 料 的 弹 性 参 数 同 弹 性 模 型,具体 塑 性 参 数 如 表所 示。钢 筋 采 用 双 线 性 塑 性 模型,具 体 参 数 如 表所 示。预 制 板 及接 缝均 采 用实 体 单 元,钢 筋 采 用桁 架单 元。图 应力应变曲线 表预 制 板 混 凝 土 与塑 性 参 数 材 料混
15、 凝 土()注:、均 为 塑 性 损 伤 模 型 参 数。表钢 筋 参 数 材 料弹 性 模 量泊 松 比屈 服 强 度极 限 强 度极 限 塑 性应 变钢 筋 荷 载 边 界 条 件 及 接 触 设 置由 于 预 制 板 是 直 接 搁 置 在 梁 上,后 浇 筑 现 浇层 将 板 与 梁 连 接 形 成 整 体,因 此 板 边 界 采 用 四 边简 支。在中,在 板 的 四 周 以 面 约 束 形 式约 束 垂 直 于 板 面 的 运 动,并 在 板 的 角 边 约 束 板 沿板 面 两 方 向 的 移 动,避 免 角 点 的 应 力 集 中,如图所 示。以、分 别 表 示、方向 的 位
16、移,则 其 中:()边 界 面、:;()角 边:;()角 边:。荷 载 采 用 板 面 均 布 荷 载,分 别 从 板 顶 以 及 板底 施 加,直 至 结 构 破 坏,如 图所 示。其 中 板 顶荷 载 模 拟 土 压 力 和 车 道 板 荷 载,板 底 荷 载 模 拟 水反 力。年 月第 卷第 期 图 荷载分布 预 制 板混 凝 土 与湿 接 缝 的 接 触采 用“”接 触,根 据 损 伤 起 始 准 则 和 损伤 演 化 规 律,模 拟 接 触 面 在 受 拉 状 态 下 的 粘 结退 化 和 失 效。“”接 触 采 用 牵 引分 离 本构 模 型,具 体 参 数 参 考等确 定,如 表
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