基于粘结滑移本构的压浆缺陷下后张有粘结预应力混凝土梁试验与模拟研究

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在后张法预应力筋所在的波纹管中,压浆缺陷问题普遍存在,对压浆缺陷的忽视给后张有粘结预应力混凝土结构或构件带来了巨大的安全隐患,而针对压浆缺陷的研究和评估却相对欠缺。压浆缺陷的存在使钢绞线与混凝土变形不协调,造成预应力混凝土构件承载力降低,因此本文针对压浆缺陷这一问题,采用试验和有限元分析相结合的方法进行了研究,为存在压浆缺陷的预应力桥梁评估与加固提供参考。本文基于钢绞线与压浆的粘结研究了压浆缺陷对预应力构件性能的影响。通过波纹管内钢绞线拉拔试验,分析了不同因素及压浆缺陷对波纹管内钢绞线粘结性能的影响。通过对试验数据的拟合得到的波纹管内钢绞线的粘结-滑移本构关系模型,利用ABAQUS有限元分析,分析了压浆缺陷对预应力混凝土构件性能的影响,本文主要的研究内容如下:(1)通过两组拉拔试验建立了波纹管内钢绞线粘结-滑移本构关系。第一组试件为考虑波纹管直径、粘结长度、保护层厚度3个粘结性能影响因素的拉拔短试件,钢绞线的保护层厚度和波纹管直径越大,试件的特征粘结强度τ0、τu基本符合线性增长的关系;钢绞线粘结长度与特征粘结强度的影响呈现为先增长后降低的趋势。第二组试件针对灌浆长度缺陷及灌浆饱满度缺陷的长试件,随着压浆长度缺陷及压浆饱满度缺陷的增大,特征粘结强度T0、τu大致呈现线性降低的关系。根据试验结果拟合出孔道内钢绞线的粘结-滑移本构关系模型。(2)ABAQUS对拉拔试验的有限元模拟采用非线性弹簧Spring2单元模拟钢绞线与浆体之间的粘结力,将拔出试验得到的钢绞线粘结-滑移本构关系转换为弹簧的刚度变化,对拔出试验进行了模拟。分析得到了钢绞线轴向应力增长规律及分布规律。钢绞线任意位置的应力都是随荷载增加呈线性增长的特点,钢绞线轴向应力分布从拉拔端开始呈现线性下降的分布;存在压降空洞的部位,其钢绞线应力处处相同。(3)存在压浆缺陷下预应力混凝土梁有限元模拟通过ABAQUS有限元模拟,将钢绞线与浆体粘结-滑移本构关系代入模型,对孔道内浆体,压浆空洞长度及位置、灌浆饱满度等因素对梁体抗弯性能的影响展开了对比分析。压浆缺陷在纯弯段时对梁体极限承载力的影响较大,当压浆饱满缺陷越大时,梁体极限承载力越低;压浆空洞处钢绞线应力处处相同,压浆饱满时,梁端钢绞线应力增长较小;基于无粘结预应力混凝土梁的承载力计算公式,得到压浆缺陷在纯弯段和弯剪段时的粘结折减系数Ωu*,推导出压浆缺陷下预应力梁受弯承载力计算公式。
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