预制NSC墩柱的灌浆波纹管+现浇UHPC榫组合连接的弯压性能研究

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装配式桥梁构造具有结构简单、受力明确、造价低廉、架设方便等优点,美国联邦公路局和各州交通运输部在积极推广快速桥梁建造技术,在国内下部结构预制拼装也是装配式桥梁的一个重要应用,如杭州湾、港珠澳、长沙湘府路快速化改造等。但国内关于装配式桥梁结构的研究较少,且主要集中在桥梁上部结构,对于下部结构装配式构件还有待研究,因为预制墩柱节点连接技术具有施工快捷、性能可靠、具有较大施工容许误差等优点,故合适的连接设计是预制结构成功的关键。通过在预制桥墩连接节点处采用UHPC可以延缓试件的开裂,提高塑性铰的转动能力,故本文提出了一种用于预制墩柱的灌浆波纹管+现浇UHPC榫组合连接方式,通过UHPC榫结构提高接缝的整体性,加强接缝处的连接,上预制柱墩身内伸出的钢筋插入预埋于下预制柱的灌浆金属波纹管中,再通过顶部注浆通道浇筑UHPC,最后在接缝处空腔中形成UHPC榫结构,这种构造的优点是四周的波纹管连接能保证结构性能可靠,又能方便装配时用于定位安装,这样便既加快了预制柱的装配速度,又解决了预制桥墩节段连接薄弱的问题。本文通过试验探讨研究新型灌浆波纹管+现浇UHPC榫组合连接柱的压弯性能及抗震性能,最后通过有限元分析软件ABAQUS分析不同接缝组合的受力特点,结果表明:(1)探究了灌浆波纹管+UHPC榫新型组合连接拼装柱在不同轴压比下对连接节点的受力性能的影响,并与整体混凝土柱做对照。纯弯或弯压荷载作用下,接缝柱的破坏模式均表现为受压区混凝土压碎、接缝明显张开,受拉区连接钢筋屈服,接缝连接钢筋与波纹管之间出现少量滑移、但未拔出。且拼装柱与整体柱相比,由于受力钢筋在拼装接缝处与灌浆料发生粘结滑移,导致中心轴上移,混凝土受压区面积不断减少,在较高初始轴压下,会导致混凝土提早压溃,降低了极限承载能力。而采用UHPC榫结构的拼装柱,由于UHPC超强的力学特性可以延缓混凝土开裂,在普通混凝土压溃之后也能继续承载,提高了拼装柱的转动能力与延性性能,且接缝柱的抗变形能力要优于完整RC柱;(2)进行低周期循环往返加载的拟静力试验,通过分析试件的试验破坏形式,研究循环加载得到的荷载位移关系的滞回曲线、骨架曲线、循环加载产生的残余变形、试件耗能能力与刚度。在恒定轴力下循环往返加载中,试件表现出稳定的滞回行为,灌浆波纹管+UHPC榫组合接缝桥墩结构有较好的变形能力,该结构具有较好的延性和耗能特性,正向和反向加载循环的位移延性系数平均为5.55,能够满足结构整体的抗震性能需求;(3)通过有限元分析本文所提出的新型组合接缝受力特点,且与试验结果进行比较验证,增加了传统的灌浆波纹管连接柱与灌浆波纹管+UHPC榫植筋柱的对照组,并进一步对UHPC截面占比和植筋配筋率等参数对拼装柱承载能力及延性性能的研究。在有限元模拟研究预制柱接缝组合受力性能与延性时,发现传统的单一灌浆波纹管连接柱接缝处其容易出现开口,钢筋应力集中在接缝附近处,承载能力和延性均很差;灌浆波纹管+UHPC榫连接柱,得益于UHPC超高力学性能,改善了钢筋在接缝处的应力集中,提高了试件的承载能力和延性;且本文通过在灌浆波纹管+UHPC榫连接柱内部植筋,得到承载能力要大于完整现浇柱,但延性会略微降低,并进一步对UHPC截面占比和植筋配筋率对拼装柱承载能力及延性性能影响的分析。
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