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原文传递预制拼装桥墩节段间新型连接构造的抗剪性能研究

论文题名：	预制拼装桥墩节段间新型连接构造的抗剪性能研究
关键词：	预制拼装桥墩;连接构造;抗剪承载力
摘要：	预制节段拼装桥墩体系通过将桥墩分成若干节段，在工厂预制，最后运输到现场拼装完成，具有施工快，环境影响小的特点，是实现新时代对桥梁“又好又快”建设要求的有效途径和重要手段。其中节段连接构造是预制拼装桥墩重要的组成环节，能够直接影响到桥墩的施工效率、施工质量以及力学性能。因此连接构造的设计是预制拼装桥墩技术的重点和难点。目前常用的连接方式存在无法兼顾良好力学性能和保证施工效率的问题，为此本文提出了预制桥墩节段间榫卯剪力键与灌浆波纹管结合的新型连接形式。　　为验证新型连接结构的可靠性，了解其剪切破坏机理，探明影响其强度和整体性的因素，并为新型连接构造设计提供理论依据。本文设计并开展了新型连接接头的剪切试验，并结合数值分析和理论分析的方法对新型连接构造的抗剪性能进行了研究，主要工作和研究成果如下：　　（1）新型连接构造以及剪切试验研究　　基于现有预制拼装桥墩连接方式设计存在无法兼顾良好力学性能和保证施工效率的问题，本文提出了预制拼装桥墩节段间采用榫卯剪力键＋灌浆波纹管的新型连接形式。为验证新型连接结构的可靠性，探究其剪切破坏机理，探明影响其抗剪强度的因素，设计了5组缩尺新型接头的剪切试验进行研究分析。试验参数包括截面形状、采用波纹管或半灌浆套筒连接钢筋，研究了施工累积误差对灌浆波纹管连接构造抗剪性能的影响，得到了各组试件的变形、抗剪承载力以及破坏模式。结果表明：提出的新型连接构造在受剪作用下，各控制界面均具有足够的连接强度，表现出良好的整体性和抗剪性能；在装配施工过程中，方榫比圆榫的定位更加精确，拼装效率更高；半灌浆套筒连接在受剪作用下的连接性能不佳，加载中出现的裂缝少，破坏突然；在接头受剪至破坏过程中，凹槽壁厚和纵向连接钢筋是影响连接抗剪强度的主要因素。　　（2）数值分析　　采用ABAQUS有限元软件建立模型模拟剪切试验全过程，通过将分析结果与试验实测数据进行比对，验证有限元建模方法的合理性和可靠性。然后对新型连接构造进行参数化分析，研究的参数包括混凝土强度、波纹管及灌浆料、凸榫长度、凹槽壁厚以及凸榫端部至波纹管底部的距离等。结果表明：在一定范围内，新型连接构造整体所用混凝土材料的强度等级越高，连接构造的刚度和抗剪承载力越大；在满足最小孔径比和构造要求的条件下，金属波纹管与灌浆料截面占比很小，不会对抗剪承载力和刚度产生明显影响；凸榫长度不会对连接的抗剪强度产生明显影响；为保证结构整体性，建议凸榫长度与其截面边长的比值为2/3~1，凹槽壁厚和墩身截面边长比值为1/4~1/3；凸榫端部至波纹管底部间距宜大于0.5倍的凸榫长度。实际工程设计时需综合考虑各构造参数并进行合理匹配。　　（3）理论分析　　针对新型连接构造斜剪破坏的特点，参考试验实测以及有限元分析结果，分别基于莫尔应力圆和拉压杆模型（STM）理论对新型连接结构的受剪破坏过程进行力学行为假设并推导了其抗剪承载力公式。最后，以有限元分析为基础，结合拉压杆理论，对连接构造的凸榫进行传力模式分析，并进行了配筋优化设计。结果表明：基于拉压杆模型的抗剪承载力推导公式对承载力的预测总体低于对比数据，对于壁厚较小的连接构造，承载力预测较为保守，偏差较大；总体上，基于莫尔圆的推导公式曲线斜率和对比数据接近，当剪应力分布系数K取0.8、0.9时，相对高估了连接构造的抗剪承载力；当K取0.7时，对于抗剪承载力趋势和大小的预测较为理想，适用于该类新型连接结构的抗剪承载力分析。
作者：	鲍安
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	胡志坚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021