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原文传递基于高性能灌浆料的高强钢筋灌浆套筒连接力学性能研究

论文题名：	基于高性能灌浆料的高强钢筋灌浆套筒连接力学性能研究
关键词：	灌浆套筒;有限元;高强钢筋;单向拉伸;高应力反复拉压;应力分布
摘要：	预制装配式建造技术是高效、绿色、可持续发展的新兴建造技术，有利于促进我国建筑工业化发展。对于桥梁等大型基础设施，预制构件连接节点的可靠性关乎桥梁结构的安全性能，钢筋连接是构件连接的关键，钢筋套筒灌浆连接技术因其造价低廉、连接可靠、施工效率高等特点而备受关注。本文配制了一种超高性能（Ultra-HighPerformanceConcrete，简称UHPC）套筒灌浆料，并采用单向拉伸试验和数值仿真技术对以UHPC套筒灌浆料作为黏结介质的钢筋灌浆套筒连接接头的力学性能进行研究，本文完成的主要工作如下：　　（1）基于超高性能混凝土试配了两种不同的UHPC套筒灌浆料，测试了UHPC套筒灌浆料的抗折强度、抗压强度以及流动性能。试验发现掺入钢纤维的UHPC灌浆料其抗折强度与抗压强度均高于不掺钢纤维的UHPC灌浆料，但由于其流动性能较低，容易造成灌注困难，实际施工中建议采用不掺加钢纤维的UHPC套筒灌浆料。　　（2）以两种不同配合比的UHPC套筒灌浆料作为黏结介质制作了锚固长度为4d、5d、6d、8d的共16个HRB400E级普通钢筋和HTRB600E级高强钢筋灌浆套筒连接接头试件，并开展了单向拉伸试验研究。试验结果表明：试件的破坏形态分为钢筋滑移破坏和钢筋拉断破坏，HRB400E普通钢筋试件均在强化阶段发生破坏，HTRB600E级高强钢筋试件因锚固长度差异在不同的阶段发生破坏；锚固长度的增加可显著提高试件承载力，但会降低平均黏结强度；钢筋强度等级与黏结强度无关，但HTRB600E级高强钢筋试件变形滞后会导致其承载力稍高于相同锚固长度的HRB400E级普通钢筋试件；钢筋达到屈服前，套筒表面应变呈对称分布，由套筒中部向两端逐渐减小；套筒在加载过程中始终处于弹性阶段，套筒应力储备较高；两类灌浆料的普通钢筋试件的临界锚固长度分别为5.5d和5.42d，HTRB600E级高强钢筋为6.46d和6.36d；建议普通钢筋作为连接对象时其锚固长度应不小于6d，HTRB600E级高强钢筋应不小于7d。　　（3）基于Abaqus有限元分析软件建立了锚固长度为6d和8d的实体单元模型，对8个试件施加单向拉伸荷载，对其中两个试件施加高应力反复拉压荷载。试验结果表明：模拟试件的荷载-位移曲线与实际试验结果吻合情况较好；套筒的应力分布规律与实际试验应变变化规律对应一致；灌浆料的第三主应力与实际试验过程较为吻合，灌浆料在受力过程中形成了若干条明显的斜向传力带，将钢筋内力传递至套筒；HRB400E级普通钢筋连接接头与HTB600E级高强钢筋连接接头模拟试件均满足规范要求的I级接头标准，适用于对钢筋强度要求较高或是对钢筋延性要求较高的混凝土结构。　　（4）基于单向拉伸试验与套筒受力特点对套筒参数进行优化，通过改变套筒壁厚，套筒直径和套筒横肋加密位置，建立有限元数值模型并施加单向拉伸荷载工况，模拟试验结果表明：套筒筒壁壁厚由4mm增大至5mm时其轴向应力峰值和第一主应力峰值分别降低17%和25%，增大至6mm时分别降低30%和29%；套筒外径由68mm增大至72mm后，其轴向应力峰值降低约20%，第一主应力峰值降低12%；套筒直径由68mm减小至64mm后，其轴向应力峰值虽然降低5%，但其第一主应力峰值提高9%；对套筒端部横肋进行加密可改善试件整体受力性能，增加套筒的应力储备；在套筒中部进行横肋加密对改善套筒受力性能无益，套筒中部横肋不承担拉应力，若横肋过于密集会减小筒壁厚度，导致套筒中部受力加剧，试件将提前发生破坏。若考虑套筒经济性，直径为64mm，壁厚为4mm的灌浆套筒亦可满足强度要求。
作者：	侯建浦
专业：	建筑与土木工程
导师：	付涛;刘军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022