预制NSC构件的UHPC湿接缝受弯性能研究

发布时间：2020-09-14 11:12

　　预制拼装普通混凝土(NSC)构件凭借其技术成熟、施工快捷、经济性好等优势,已成为全世界应用较为广泛的一种工程结构形式。但大量工程实践证明,预制拼装普通混凝土结构中的NSC湿接缝容易发生开裂、漏水等病害,严重威胁着结构的安全使用和耐久性。得益于其优异的力学性能和较高的界面粘接强度,超高性能混凝土(UHPC)已经成为一种有前途的预制拼装NSC构件的现浇接缝新材料。本文主要研究目的是为了探讨不同接缝截面型式(矩形截面、密配筋矩形截面、打孔矩形截面以及楔形截面、菱形截面等)的接缝板界面开裂强度、界面裂缝发生发展情况及破坏形态等抗弯性能。本文主要研究方法是开展预制NSC板现浇UHPC湿接缝的抗弯试验,且进行了界面抗弯性能的有限元数值分析。论文得出的关键结论如下:(1)UHPC湿接缝自身的抗弯拉强度明显高于预制NSC板,现浇UHPC与预制NSC之间具有较高的粘接强度。(2)矩形接缝板(J-R1)和密配筋矩形接缝板(J-R3)界面的开裂强度基本与预制NSC持平,打孔矩形接缝板(J-R2)、楔形接缝板(J-W)和菱形接缝板(J-D)的UHPC-NSC界面开裂强度高于预制NSC完整板(M-N)约43.7%~96.2%。(3)从接缝试验板的破坏模式来看,除矩形接缝板(J-R1)在UHPC-NSC界面处破坏外,其余4种接缝试验板(J-R2、J-R3、J-W、J-D)均在预制NSC部位破坏;各接缝板的破坏荷载均持平或高于NSC完整板(M-N)。(4)矩形接缝板(J-R1)和菱形接缝板(J-D)的抗弯刚度略小于NSC完整板(M-N),其余接缝板的抗弯刚度基本上持平或大于NSC完整板(M-N)。(5)综合所有接缝试验模型各项性能,推荐采用打孔矩形接缝板(J-R2),密配筋矩形接缝板(J-R3),楔形接缝板(J-W)和菱形接缝板(J-D),不推荐采用矩形接缝板(J-R1)。(6)本文提出的有限元建模方法对于UHPC-NSC界面抗弯性能的分析具有较好的适用性,有限元分析结果与试验值吻合较好。高于5.33%的界面配筋率或高于3.27%的孔面积比能够基本保证UHPC-NSC界面的抗裂和抗弯性能优于预制NSC。打孔、楔形和菱形UHPC-NSC界面加密配筋形成组合界面后,其抗裂和抗弯性能提升明显,界面开裂荷载(P_(cr))在原界面的基础上增加15.0%~33.5%。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU756
【部分图文】：

病害,接缝

1.1 引言我国现有的公路混凝土桥梁大多数是根据 20 世纪 70、80 年代初，甚至更早的设计标准建造的[1]。由于受当时各种条件的限制，桥梁的设计技术等级较低，理论研究不充分，施工质量未得到有效控制，没考虑到交通量急剧性增长，大批桥梁结构出现了各种程度的病害。其中预制拼装普通混凝土(Normal StrengthConcrete, 简称 NSC)构件（如预制 T 梁、预制桥面板等）以其技术成熟、施工快捷、经济性好等优势，成为了我国最为广泛使用的一种结构形式[2]。随着使用期限的增长、交通量的剧增，加之设计上考虑不周、自身老化和养护不够等原因，现有的预制拼装普通混凝土构件中 NSC 湿接缝处发生大量病害，每年不得不耗费大量的经费，且同时对严重威胁工程的安全使用。已经加固改造后的预制拼装普通混凝土结构中 NSC 接缝部位也存在不同程度的损坏，NSC 接缝开裂破坏、漏水等病害已成为通病。如图 1.1 所示，预制拼装普通混凝土结构接缝处常见病害有：纵向裂缝、桥面塌陷、梁间湿接缝脱落、横隔板接缝断裂。

界面粘结性能

预制 NSC 构件的 UHPC 湿接缝受弯性能研究出试验验证了UHPC具有较高的粘结强度。Hussein Husam H验和倾斜-剪切试验深入研究了不同界面粗糙程度下（如图SC的附着力和摩擦力，最后总结试验结果得到了在不同界面C-NSC界面粘结抗拉强度。所述，现有的国内外研究通过斜剪、劈拉、拉拔等试验重C界面的粘结性能和耐久性，结论基本一致：UHPC-NSC界面过了绝大多数现浇接缝材料。

界面粘结性能,试验结果,劈拉,接缝材料

C-NSC界面粘结抗拉强度。所述，现有的国内外研究通过斜剪、劈拉、拉拔等试验重C界面的粘结性能和耐久性，结论基本一致：UHPC-NSC界面过了绝大多数现浇接缝材料。a）倾斜-剪切试验 b）劈拉试验图1.5 UHPC-NSC界面粘结性能试验

【参考文献】