预制柱灌浆套筒连接节点有限元分析

采用有限元软件ABAQUS分析了预制柱灌浆套筒连接节点在地震荷载作用下的表现,探讨了不同轴压比和角钢强度对节点抗震性能的影响。有限元分析结果表明:有限元模型合理可靠,预制柱灌浆套筒连接节点具有良好的抗震性能;在一定范围内增大角钢强度和厚度,可提高节点的承载力。     

高应力反复拉压作用下钢筋套筒灌浆连接性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接接头在地震作用下的连接性能,提高钢筋套筒连接接头的可靠性,设计并制备了钢筋直径25、28 mm的钢筋套筒灌浆连接接头,通过高应力反复拉压试验,研究了钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态、连接性能、循环荷载对灌浆料的损伤情况,以及灌浆套筒应变分布等。试验结果表明:钢筋锚固长度约为8倍钢筋直径时,钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态均为钢筋拉断破坏,其强度可等同于同型号钢筋的抗拉强度,但套筒端部的灌浆料损伤严重,其损伤深度约占套筒总长度的8%,接头的屈服位移明显小于同型号钢筋的屈服位移。高应力循环作用对钢筋套筒灌浆连接接头连接性能影响不明显。采用屈服比、强度比、延性比和承载力能力利用比等指标对不同型号的钢筋套筒灌浆连接接头的连接性能进行评价,结果表明:钢筋套筒灌浆连接接头的屈服比和强度比均大于1,延性比均大于4,但是钢筋直径25 mm的钢筋套筒灌浆连接接头的承载能力利用比仅为51%,可对其进行优化以降低接头对构件抗震性能的影响。     

变形灌浆套筒连接性能试验研究及有限元分析

为降低预制装配混凝土结构中的钢筋连接成本,采用低合金无缝钢管,通过冷滚压工艺制作了一种新型变形灌浆套筒。通过对9个钢筋连接接头试件进行单调轴向拉伸试验及有限元分析,研究了套筒的连接性能、工作机理及设计方法。结果表明,钢筋锚固长度取6.9~7.5倍连接钢筋直径时,该变型灌浆套筒连接接头的单向拉伸强度能够满足1.1倍钢筋抗拉强度标准值要求;套筒的内腔结构影响套筒的应变分布及约束机理,内壁环肋处的接触压力造成套筒变形段筒壁应力不均匀分布;文中所采用的有限元模型可有效地模拟套筒与灌浆料以及灌浆料与连接钢筋间的相互作用;探讨了变形灌浆套筒的设计方法,并应用该方法设计了不同直径的HRB400级钢筋连接用套筒,其钢筋连接接头满足规范JGJ 107-2010对Ⅰ级接头的强度和变形性能要求。     

高应力反复拉压作用下钢筋套筒灌浆连接性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接接头在地震作用下的连接性能,提高钢筋套筒连接接头的可靠性,设计并制备了钢筋直径25、28mm的钢筋套筒灌浆连接接头,通过高应力反复拉压试验,研究了钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态、连接性能、循环荷载对灌浆料的损伤情况,以及灌浆套筒应变分布等。试验结果表明：钢筋锚固长度约为8倍钢筋直径时,钢筋套筒灌浆连接接头的破坏形态均为钢筋拉断破坏,其强度可等同于同型号钢筋的抗拉强度,但套筒端部的灌浆料损伤严重,其损伤深度约占套筒总长度的8%,接头的屈服位移明显小于同型号钢筋的屈服位移。高应力循环作用对钢筋套筒灌浆连接接头连接性能影响不明显。采用屈服比、强度比、延性比和承载力能力利用比等指标对不同型号的钢筋套筒灌浆连接接头的连接性能进行评价,结果表明：钢筋套筒灌浆连接接头的屈服比和强度比均大于1,延性比均大于4,但是钢筋直径25mm的钢筋套筒灌浆连接接头的承载能力利用比仅为51%,可对其进行优化以降低接头对构件抗震性能的影响。     

灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头强度影响的试验研究

钢筋套筒灌浆连接是装配整体式混凝土结构的核心,对结构整体性能至关重要。针对适应14,20,25mm三种直径的钢筋套筒灌浆连接接头GTZQ4-14,GTZQ4-20,GTZQ4-25,通过在套筒内下段钢筋锚固段底部设置灌浆缺陷,研究了不同大小的缺陷对接头对中单向拉伸强度的影响。研究结果表明,对于常用型号灌浆套筒,当套筒端头灌浆缺陷长度不超过套筒内一侧钢筋锚固长度(8d)的30%时,其接头的对中单向拉伸强度仍能符合要求。研究结果可为套筒灌浆质量检测评估和后续整治提供依据。     

钢筋的半灌浆式套筒连接技术研究

半灌浆式套筒因采用了螺纹连接和粘结连接共同工作的方法,有效地减小了套筒长度并减少了灌浆用量。由有限元软件模型计算可知,在施加超过钢筋抗拉强度的外荷载作用后,钢筋会因局部应力过大而断裂,而套筒所受应力相对其屈服强度较小,仍可正常工作,所以半灌浆式套筒可保证连接强度达到并超过钢筋强度。通过对半灌浆式套筒进行单向拉伸试验、高应力反复拉压试验、大变形反复拉压试验,试验的结果表明半灌浆式套筒的强度和连接性能都符合相关标准的要求。     

竖向钢筋套筒浆锚连接的预制剪力墙抗震性能非线性有限元分析

在低周反复荷载试验的基础上,对套筒灌浆连接的预制装配式剪力墙进行有限元分析,模拟分析轴压比、配筋率和配箍率等因素对剪力墙承载力和变形能力的影响。用ABACUS建立剪力墙非线性有限元模型,对比分析结果与试验结果,验证了有限模型的合理性。有限元模型可模拟实际预制剪力墙的受力性能,轴压比、配筋率、配箍率、混凝土强度对套筒灌浆连接的预制装配式剪力墙的承载力和变形能力影响较大,套筒位置、套筒数量对其影响较小,对这些参数进行合理的调整可以提高预制剪力墙的抗震性能。     

环境温度对钢筋套筒灌浆连接接头性能的影响

钢筋套筒灌浆连接的施工质量是影响预制装配整体式混凝土结构可靠度的最关键因素。为了研究环境温度以及养护龄期对钢筋套筒灌浆连接施工质量的影响,制作了90个试件进行了单调拉伸试验。研究表明,养护温度越高,灌浆套筒试件的早期极限承载力越高;当灌浆料的强度小于62.5 MPa时,灌浆料的抗压强度与灌浆套筒试件的极限承载力呈线性关系,当灌浆料强度大于62.5 MPa时,灌浆料强度对接头性能影响不大。     

隧道内部预制装配式柱基节点有限元分析

近年来,大直径盾构隧道双层车道结构在公路隧道领域得到快速发展,其内部双层车道结构的施工也逐渐向全预制化方向发展。以在建的上海市诸光路隧道为背景,对其内部立柱-基座预制节点进行研究。通过ABAQUS有限元软件,对整体现浇、灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接三种试件进行了三维精细化有限元分析,分析结果表明:预制灌浆套筒和灌浆波纹管连接节点试件承载力与整体现浇试件相同;灌浆波纹管连接试件与整体现浇试件在柱底出现塑性铰;灌浆套筒连接试件除在柱底出现塑性铰外,套筒上方钢筋应力和混凝土损伤也较大。     

不同位置灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头强度影响的研究

通过在全灌浆套筒内下段钢筋锚固段中部设置灌浆缺陷,研究不同大小灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头对中单向拉伸强度的影响;针对全灌浆套筒和半灌浆套筒,系统分析端部缺陷和中部缺陷对接头对中单向拉伸强度的不同影响。研究结果表明:无论是全灌浆套筒还是半灌浆套筒,对于保证接头外钢筋拉断破坏的近似最大缺陷长度,中部缺陷最大长度约为端部缺陷最大长度的50. 0%～66. 7%,中部缺陷对接头性能的不利影响更大。研究结果为评估中部缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头受力性能的影响提供了依据。     

桩基础的优化设计

针对工程优化设计中的离散变量，采用有限元分析软件建立有限元模型，根据整数梯度法原理编制离散变量的优化设计程序，对桩基础的桩间距进行优化，得到了桩间距的合理建议值，为桩基设计提供了合理的依据。     

基于压电陶瓷的灌浆套筒缺陷检测及应力传播模拟研究

为了判断灌浆套筒内部是否存在缺陷,基于压电陶瓷检测方法,检测了不同缺陷程度的竖直向套筒和水平向套筒,比较了截面灌浆量对响应信号幅值的影响; 从小波包能量的角度分析了截面灌浆量对信号能量的影响,并基于小波包能量分析提出了缺陷评价指标; 通过有限元方法,模拟了应力波在不同截面灌浆量的灌浆套筒内的传播,分析了缺陷大小对应力波传播的影响。结果表明:响应信号幅值随灌浆套筒内部缺陷严重程度增大而增大,完全脱空情况下的幅值均值为灌浆饱满时的293%; 通过小波包能量分析,响应信号属于低频信号,基于小波包能量分析提出的缺陷评价指标能够定量反映灌浆套筒内部缺陷程度; 有限元模拟结果可视化地展示了应力波在套筒内的传播路径,内部缺陷的严重程度会对应力波的传播路径和能量耗散程度造成影响,灌浆量越小,内部缺陷越大,应力波传播越集中,最终能量损失越小。     

竖向分布钢筋不连续的装配式剪力墙等强设计方法

为解决装配式剪力墙灌浆套筒构造施工难、存在安全风险的问题,提出一种竖向分布钢筋不连续并加粗两侧现浇区纵筋直径的装配式剪力墙体系。提出了该剪力墙的承载力计算式,并建立了30个有限元分析模型对其进行检验,结果表明,采用正截面承载力设计值对承载力的估计较为准确,且初始刚度与现浇剪力墙一致。为便于实际工程设计,提出了间接设计方法,即将现浇剪力墙按压弯等强和抗剪等强的配筋原则等效为装配式剪力墙,设计过程中,所有标准层剪力均按底层标准层进行等效配筋。通过对间接设计方法合理性分析,发现虽然按照“偏心受压等强替换”原则配筋的装配式剪力墙在低轴压比条件下承载力低于现浇剪力墙,但由于层间剪力较低,结构仍满足安全性要求。     

采用UHPC灌浆材料大口径全灌浆#br# 连接套筒接头的性能研究

装配式结构的薄弱环节在于连接接头,采用套筒连接时,常见问题包括多个套筒灌浆时套筒难以同时灌满、空腔以及注浆完成后的回流、灌浆料强度与收缩等灌注质量难以控制、预制构件底部预留分腔的密封性不好。为降低这些问题导致的节点连接薄弱风险,文章提出使用含有钢纤维、超细石英砂的超高性能混凝土UHPC(Ultra high Performance Concrete)灌浆材料,通过重力式灌浆来进行钢筋与套筒的全断面连接,该方法提高施工安全性,保证浇筑质量可视化。通过57个大口径全灌浆套筒重力灌浆连接接头的单向拉伸试验,改变钢筋直径d、锚固长度la及灌浆料种类,研究连接方式的可行性。结果表明：试件符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355—2015)和《钢筋机械连接技术规程》(JGJ107—2016)中Ⅰ级接头要求;拉伸过程中套筒始终处于弹性阶段,满足强度要求,有较高安全储备,重力式灌浆连接方式可行;由于钢纤维的桥接作用使灌浆料抗劈裂性能增强,采用含有钢纤维的UHPC灌浆料能进一步提高钢筋与灌浆料的黏结强度,减小钢筋的锚固长度。钢筋断裂破坏时临界锚固长度建议值为5.5d,较《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》要求的8d降低31.25%。     

HyperStudy在框架结构抗震优化设计中的应用

以地震剪力为优化目标,以梁柱截面尺寸为优化参数,以轴压比、剪压比、周期比等结构设计规范控制指标作为约束条件,应用HyperStudy调用集成的建筑结构有限元分析软件SAP2000对框架结构进行抗震优化分析,计算表明该法可大大提高结构优化的效率和可操作性,可供设计人员在进行混凝土结构抗震优化设计中参考。     

支护和加固期间复线隧道围岩稳定性因素分析

采用弹塑性有限元法分析了复线隧道在喷锚支护和注浆加固过程中喷混凝土强度、厚度，锚杆强度、直径、间距以及注浆范围内围岩内聚力、内摩擦角等对围岩稳定性的影响，为隧道和地下结构的优化设计和工程问题处理提供参考。文中围岩用四边形单元离散，喷混凝土和锚杆用杆单元模拟，滑动面作低强度介质处理，采用普通四节点等参元。     

隧道锚喷参数优选正交有限元强度折减分析

将有限元强度折减法与正交验设计相结合,用于嵩山隧道锚喷支护参数的优化,根据不同参数取值水平条件下有限元强度折减法计算的安全系数优选最佳锚喷支护参数,为工程设计和施工提供了理论指导.     

套筒灌浆缺陷整治预制混凝土柱抗震性能的试验研究

针对预制混凝土柱套筒灌浆缺陷进行了缺陷整治前后抗震性能的试验研究。共设计了9根预制混凝土柱试件,采用直接补灌法和破型修复法对预制混凝土柱试件的套筒灌浆缺陷进行整治,并开展了低周往复对比试验研究,分析了套筒灌浆缺陷整治前后各预制混凝土柱试件的破坏模式、滞回特性、承载力、延性和耗能能力等抗震性能的变化规律。结果表明,预制混凝土柱试件有柱底截面破坏和套筒顶截面破坏两种破坏模式,套筒灌浆缺陷整治后预制混凝土柱试件的破坏模式与套筒灌浆无缺陷预制混凝土柱试件相同,均发生柱底截面破坏。带套筒灌浆缺陷预制混凝土柱试件缺陷整治后的正向峰值荷载较缺陷整治前提高了19%～62%,破坏点位移提高了11%～50%,累积总耗能值提高了48%～157%。带套筒灌浆缺陷预制混凝土柱试件整治后的滞回特性、承载力、延性与耗能能力等均基本恢复至套筒灌浆无缺陷预制混凝土柱试件的水平。推荐的直接补灌法简单有效、操作方便,可在实际工程中推广应用。     

膨胀土条件下隧道下穿既有地铁车站CRD开挖工法优化

为保证膨胀土条件下新建隧道施工和既有结构的安全,以合肥地铁5号线下穿既有地铁车站工程为依托,考虑膨胀土胀缩性及裂隙性等不良特性,对其采用了袖阀管注浆加固方法。基于CRD工法的开挖工序和循环步距提出了不同优化方案,并通过PLAXIS 3D岩土有限元软件,模拟了计算隧道及周边地层的受力和变形,选择出了最优方案。该研究表明:不同开挖工序对洞周位移有一定影响;1.5 m循环步距情况下的拱顶沉降和净空收敛是0.5 m的1.55~3倍。最后,选定以左上→右上→左下→右下的开挖工序、0.5 m的循环步距作为最优方案并进行现场施工。结合监测数据分析表明,隧道自身和既有地铁车站基本处于安全稳定状态,该优化方案合理可靠。