装配式剪力墙套筒灌浆缺陷的冲击回波识别研究

针对套筒灌浆质量的检测与评定方法问题，利用冲击回波法对装配式剪力墙套筒灌浆缺陷开展了识别研究，分别建立了双层布置的直径为18、20、25 mm钢筋灌浆套筒的装配式剪力墙模型，进行了冲击回波有限元分析；开展了不同灌浆质量下的装配式剪力墙试件冲击回波试验，研究了不同冲击荷载下回波信号的频谱特征和时频特征。研究结果表明：不同的冲击荷载下回波信号频谱呈现不同的分布特征，5 mm钢球作用下灌浆区域和无灌浆区域的频谱图和时频图具有差异性，能够识别冲击点近侧的套筒内部的灌浆情况，试验结果与有限元分析结果相吻合。     

装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点抗震性能

结合装配式节点和钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点各自优点,提出新型装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点.为探讨该类节点抗震性能,对8个足尺劲性装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点进行了低周往复荷载试验研究,考察了柱轴压比、梁柱连接角度(45°、90°)、梁柱位置(中间节点、边节点)对该类节点抗震性能的影响,对节点破坏形态、失效机制、滞回性能、骨架曲线、位移延性和耗能能力进行分析.采用ABAQUS程序建立节点的精细有限元模型,验证了其正确性.研究表明:该类节点具有"强钢管混凝土柱-弱钢筋混凝土梁"、"强节点-弱构件"的理想失效机制和较高承载力,试件加载至3~4.5倍屈服位移时因套筒位置附近纵筋拉断而破坏;节点耗能能力较强,变形能力较好,45°节点的平均位移延性系数3,90°节点的平均位移延性系数4.     

灌浆缺陷对半灌浆套筒连接件强度的影响

为研究半灌浆套筒连接件受灌浆缺陷影响的规律,对含端部、中部和均布灌浆缺陷及灌浆饱满的连接件进行单向拉伸试验,通过有限元软件分析研究灌浆缺陷类型和缺陷尺寸对连接件拉伸强度的影响。结果表明:灌浆缺陷导致半灌浆套筒连接件拉伸强度降低,相同尺寸的均布缺陷对C25 连接件拉伸强度影响最大,中部缺陷次之,端部缺陷最小。随着灌浆缺陷长度的增大,含灌浆缺陷连接件的破坏形态均由钢筋拉断破坏转变为钢筋拔出破坏。并且,连接件屈服强度和极限抗拉强度的降低速率与灌浆缺陷类型相关,含均布缺陷的连接件降低最快,含端部缺陷的连接件最慢。为确保C25 半灌浆套筒连接件满足I 级接头要求,含端部、中部和均布灌浆缺陷的连接件钢筋最小锚固长度分别为125、150 和175 mm。     

钢筋套筒灌浆连接拉伸性能的精细有限元分析

为了揭示钢筋套筒灌浆连接接头的细观工作机理和内部灌浆料的开裂、破坏过程，利用DIANA 10.3有限元软件建立接头试件的肋尺度精细化有限元模型，研究轴向拉伸荷载下接头的连接性能.结果表明，利用该模型能够准确地反映接头试件的破坏模式、极限承载力、荷载-位移曲线及钢筋和套筒的轴向应变分布规律；钢筋锚固区灌浆料中的圆锥状裂缝与接头轴向呈35°～45°夹角分布；灌浆键的剪切破坏会导致钢筋的机械咬合作用失效，造成套筒有效约束面内移；布置在钢筋自由端的套筒肋无法充分发挥对灌浆料的止推作用；纯灌浆段无法形成锥面斜压杆应力传递机制.     

灌浆套筒连接缺陷对装配式混凝土柱抗震性能的影响

灌浆套筒连接在预制混凝土（precast concrete,PC）结构中得到了广泛应用,但其在实际工程中受多种施工因素的影响,存在一定的质量隐患。利用ABAQUS软件建立了不同连接缺陷情况下的装配式混凝土柱数值模型,采用低周往复加载方式对其抗震性能进行了系统分析,研究了灌浆套筒连接缺陷对装配式混凝土柱抗震性能的影响。结果表明：该模型能较好地模拟装配式混凝土柱灌浆套筒连接的力学性能;连接缺陷不超过6d(d为插入钢筋的公称直径)的装配式混凝土柱表现为柱底截面破坏,连接缺陷超过6d的装配式混凝土柱表现为套筒顶截面破坏;连接缺陷大于2d的装配式混凝土柱滞回曲线的捏缩效应随着连接缺陷的增大愈加明显;进入屈服阶段后,连接缺陷对承载力的影响较大,当连接缺陷超过2d时,将对装配式混凝土柱的滞回特性、承载力、延性与耗能能力等产生明显不利的影响。研究结果可为装配式混凝土柱的抗震性能评估提供依据。     

高应力循环荷载作用下钢筋套筒灌浆连接件的性能

装配式建筑结构中钢筋套筒灌浆连接件的力学性能直接关系到结构的安全性。对9种不同类型的钢筋套筒灌浆连接件进行了高应力反复拉压试验。在高应力反复拉伸作用下,试件出现钢筋断裂和粘结滑移2种破坏形式。钢筋锚固长度为8d和7d的试件,连接钢筋被拉断;钢筋锚固长度为6d的试件,套筒内部发生锚固钢筋的粘结滑移。依据弹性力学原理,对钢筋套筒灌浆连接件进行模型简化分析,结合理论计算,推导出锚固钢筋的最小锚固长度临界值为6. 5d。     

基于灌浆缺陷的全灌浆套筒力学性能试验研究

为了探究施工缺陷给结构带来的影响,对带有灌浆缺陷的全灌浆套筒的力学性能进行了试验研究.根据缺陷位置和缺陷长度,设置了不同的缺陷,制作了 5组全灌浆套筒试件,进行拉伸试验,分析试件破坏模式、极限承载力、应力分布、滑移量等.结果显示:不同种类缺陷均降低了试件的极限承载力;缺陷长度越大,试件的极限承载力越低;缺陷会导致缺陷处的钢筋应变减小.     

方钢管灌浆连接节点轴压性能试验研究

模块装配式钢结构中不同模块间的连接方式对节点的承载能力和结构整体安全有着重要影响.借鉴海上风机桩-基础连接对已有的钢模块间方钢管梁柱节点连接方式进行改进，提出一种带有抗剪键的灌浆连接方式.为了研究灌浆连接抗剪键设置准则，设计了7个方钢管灌浆连接试件并进行了轴压测试，研究了抗剪键的高度h和间距s对试件极限承载能力的影响，并调查了各试件的破坏模式.研究结果表明，外套筒钢材的强度需要和灌浆料强度进行适度的匹配.此外，增加抗剪键的数量可以显著提升试件的极限承载能力，但随着h/s变小，抗剪键提升承载能力的效率会降低.抗剪键数量一定的情况下，适当的增加抗剪键间距s能够略微提升试件的极限承载能力.     

镂空套筒灌浆接头形式试验研究

针对目前灌浆套筒形式复杂、加工成本高、内腔结构不利于灌浆密实、浆料密实度检测困难等问题,设计了一种球墨铸铁一次铸造成型的镂空套筒。以16mm直径钢筋为例,开展了灌浆套筒接头的单向拉伸试验。结果表明,套筒内径减小能有效提高钢筋的锚固强度,环肋数量增加也能提高钢筋锚固强度但效果不明显;对于1/2套筒长度内有3道肋的内径31mm的镂空套筒,当钢筋锚固长度为170mm,即套筒长度为350mm时,其接头试件单向拉伸试验满足规范要求。     

套筒灌浆接头黏结滑移关系的精细有限元分析

为揭示套筒灌浆连接接头中钢筋和灌浆料间的黏结滑移关系,利用DIANA 10.3有限元软件建立接头试件的肋尺度精细有限元模型,并根据有限元分析结果对接头的局部黏结滑移关系进行研究。结果表明：套筒中钢筋黏结应力沿锚固长度大致呈马鞍形分布,加载端峰值随荷载增加逐渐内移;钢筋与灌浆料间相对滑移从钢筋自由端向加载端递增,超过屈服荷载后在加载端发生激增,并逐渐向里发展;局部黏结滑移曲线大致分为5个阶段,不同锚固位置处曲线的发展趋势大致相同,但其具体路径在发展程度和曲线特征值方面有一定差异;黏结锚固位置函数沿锚固长度大致呈“M”形分布且锚固自由端峰值大于加载端,是锚固位置和相对滑移的二元函数,建议用椭圆曲线和二次曲线进行拟合。该肋尺度精细化有限元模型可用于套筒灌浆连接接头的黏结滑移本构关系的进一步研究。     

高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分。通过36个试件的单轴受压试验,设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的力学性能。结果表明：预烘干(105 ℃、120min)结合升温速率5 ℃/min的复合措施抑制了灌浆料(抗压强度85.7MPa)的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂;动态加载应变率(0.067s-1)下的高温后试件峰值应力普遍高于静态下的值,最高可达29.6%;高温后灌浆料应力-应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析,率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,且模拟对象的荷载-位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,并得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。     

高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分。通过36个试件的单轴受压试验,设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的力学性能。结果表明：预烘干(105 ℃、120min)结合升温速率5 ℃/min的复合措施抑制了灌浆料(抗压强度85.7MPa)的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂;动态加载应变率(0.067s-1)下的高温后试件峰值应力普遍高于静态下的值,最高可达29.6%;高温后灌浆料应力-应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析,率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,且模拟对象的荷载-位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,并得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。     

带肋钢筋与套筒约束灌浆料黏结性能试验

为套筒约束灌浆料在预制装配式结构中应用提供理论依据,进行了45个带肋钢筋锚入套筒约束灌浆料中的拉拔试验,研究了试件破坏形态和黏结强度的变化规律,拟合钢筋与套筒约束灌浆料间黏结滑移本构关系,并给出本构关系中各特征点的黏结强度和滑移值计算公式,计算了钢筋在套筒约束灌浆料中达屈服强度和极限强度的临界锚固长度.试验结果表明:随着钢筋直径增大,试件极限承载力增大,黏结强度总体呈增大趋势;随着锚固长度增大,试件极限承载力增大,但黏结强度降低;当套筒含钢率为13.78%~18.51%时,含钢率的增加对钢筋与灌浆料的黏结强度提高作用较小;由于灌浆料不含粗骨料,使钢筋在灌浆料中达黏结强度对应的滑移值大于钢筋在各种混凝土中达黏结强度对应的滑移值.试件黏结滑移曲线能量分析表明:钢筋直径、锚固长度增大,试件脆性系数总体呈降低趋势,表明试件延性提高;由于套筒的约束,灌浆料与钢筋的锚固长度大大减小.     

钢筋灌浆套筒连接性能有限元显式分析

为深入研究钢筋灌浆套筒连接件的受力性能,本文提出一种基于全实体单元模型的显式动力分析方法.采用ABAQUS有限元软件建立6个钢筋灌浆套筒连接件的三维实体有限元模型进行显式动力分析,对灌浆料则分别采用混凝土的损伤塑性模型及混凝土脆性断裂模型加以模拟,并将数值分析结果与试验值进行对比,研究各试件的破坏形态、破坏过程、荷载-...     

钢筋套筒灌浆连接技术有限元分析

对于预制装配混凝土结构关键技术之一的钢筋套筒灌浆连接技术,已进行了不少试验研究,但试验不确定因素较多,离散性大.为研究这种连接在各种作用下的受力性能,拓展模型试验研究的成果,有必要建立可靠正确的有限元模型.本文在已有试验的基础上,采用ABAQUS软件,模拟钢筋套筒灌浆连接的受力性能.数值模拟结果与试验吻合良好,说明所建立的有限元模型正确,可以用于进一步参数分析和机理研究.     

新型装配式套筒灌浆柱柱节点抗震性能研究

对预留有墙板插槽的角钢连接件-灌浆套筒协同工作的装配式混凝土柱柱节点足尺试件模型进行了拟静力试验,研究了预制柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力以及极限承载力。采用有限元软件ABAQUS进行分析计算,并与试验结果对比,验证理论分析的正确性,探讨了轴压比、角钢连接件强度对节点抗震性能的影响。结果表明:新型装配式混凝土柱柱节点滞回曲线形状较为饱满,表现出良好的延性和耗能能力;适当增大角钢连接件强度和厚度,可提高节点的承载力;灌浆接缝结合面最先产生裂缝,未出现受力纵筋从套筒中拔出的现象,角钢连接件与受力纵筋连接良好,试验模型最终的破坏形态为柱底部及柱角处发生混凝土受压破坏。     

榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩轴压承载力

采用ABAQUS软件,通过合理地挑选材料本构、单元类型,划分网格,建立边界条件,提出一种榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩的有限元计算模型。该模型模拟了方墩在轴压荷载作用下的受力过程,与试验所得混凝土破坏形态、轴压极限承载力进行对比,分析了内部钢筋、钢管与灌浆套筒的受力状态,验证了所提模型的精度。在此基础上,以钢管混凝土(CFST)突榫中钢管的长度、厚度、直径为变量进行试验,结果表明：所提模型可以较好地模拟榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩轴压过程,有限元计算得出的极限承载力与试验结果的比值的均值与方差分别为1.036和0.023;增大CFST突榫中钢管的长度、直径可以明显提高榫卯-灌浆套筒连接装配式桥墩的极限承载力,改变CFST突榫中钢管厚度使榫卯-灌浆套筒连接装配式桥墩的极限承载力呈先增大后减小的趋势,但相对于改变钢管的长度、直径来说影响甚微;提出地榫卯-灌浆套筒连接装配式方墩的轴压承载力简化计算公式,其计算结果均略低于试验和有限元参数分析的结果,与试验结果的相对误差均值为9.01%,与有限元计算结果的误差均值为4.05%,误差较小,可用于该类型方墩的轴压承载力计算。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能的数值分析1

运用有限元软件OpenSees建立了框架结构梁柱节点数值分析模型,对2个梁柱节点试件在低周反复荷载作用下的抗震性能进行了数值模拟,模拟结果与试验结果比较吻合,表明所选择的材料本构关系及相关材料参数取值,对于模拟钢筋混凝土框架结构的抗震性能具有较好的适用性和合理性.利用所建立的模型,分析了在框架结构梁柱节点一定尺寸范围内使用纤维增强混凝土(FRC)的新型框架结构梁柱节点的抗震性能.结果表明,使用FRC的新型框架结构梁柱节点具有较高的承载能力和耗能能力;随着FRC使用范围的增大,相应梁柱节点的承载能力和耗能能力提高不大.     

装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能,对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验,对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求;普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏,而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻;在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度,延缓裂缝传播,减轻核心区混凝土剥落程度,改善节点破坏形态;预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高,刚度退化得到减缓,从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。     

装配式结构套筒灌浆连接的混凝土结合界面直剪性能试验研究

研究灌浆层厚度、纵向钢筋、配筋率、轴向压力等因素对直剪荷载作用下套筒灌浆连接的混凝土结合界面裂缝开展、破坏形态、直剪剪切强度、裂缝-滑移曲线以及荷载-滑移曲线的影响. 试验结果表明：对于无纵向钢筋试件结合界面,灌浆层厚度为1、10 mm界面的破坏荷载均值分别是灌浆层厚度为20 mm界面的1.69、1.14倍;对于纵向配筋结合界面,配筋率为0.9%、1.8%的试件界面破坏荷载均值分别是无筋试件界面的1.58、1.89倍,且结合界面直剪破坏延性显著提高,但由于未配箍筋,最终破坏形态为混凝土被纵向钢筋劈裂破坏,降低了结合界面的直剪剪切强度和延性;对于施加轴向压力试件,轴向压力为11.6、23.2 MPa的试件界面破坏荷载分别为无轴压试件界面的6.06、7.81倍,在23.2 MPa轴向压力下,破坏模式转化为界面破坏后的现浇部分混凝土本体破坏.