波纹管内钢绞线粘结性能试验与理论研究

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预应力混凝土结构具有延缓构件开裂、节约钢材、减轻自重等优势,自上世纪50年代以来,预应力混凝土结构被应用于工程结构的各个领域并获得了广泛的认可。后张法有粘结预应力混凝土构件中波纹管内良好的粘结性能可以增加钢绞线与混凝土间的协调性,而钢绞线与混凝土的界面性能也是研究后张有粘结构件抗弯性能与变形性能的研究基础,但是目前对于此项性能的研究有限,并且考虑的影响因素较少,很难找到通用的表达式来揭示波纹管内钢绞线与周边基体材料间的粘结失效机理以及不同因素对粘结强度的影响。本文通过钢绞线拔出试验、力学理论推导、以及有限元模拟开展了波纹管内钢绞线与灌浆料间的粘结性能研究,主要研究内容及结论如下:(1)通过拉拔试验考虑不同影响因素建立了极限粘结强度计算表达式。通过设置波纹管直径、保护层厚度、粘结长度以及灌浆缺陷等因素,得到了不同参数下五组试件的粘结应力与滑移量的关系曲线,结果表明:波纹管直径和保护层厚度与粘结应力呈正相关的关系;钢绞线粘结长度与粘结应力呈现出先增长后降低的趋势;针对存在灌浆饱满度缺陷和灌浆长度缺陷的试件来说,随着灌浆缺陷角度和灌浆缺陷长度的增大,粘结应力呈现出线性降低的趋势,同时根据试验数据拟合出多因素下波纹管内钢绞线极限粘结强度计算表达式。(2)通过力学模型对波纹管内发生剪切破坏时极限粘结强度的计算公式进行推导。基于静载拉拔作用下的试验结果与厚壁圆筒理论,对波纹管内应力状态进行了力学模型分析,分别求解构件处于弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段的环向拉应力,从弹塑性力学的角度对波纹管内发生剪切破坏时钢绞线与灌浆料间极限粘结强度的计算公式进行了推导,为粘结强度理论计算方法提供了支撑。(3)通过有限元模拟对不同变量下后张有粘结预应力混凝土梁进行力学性能分析。通过ABAQUS补充分析了混凝土强度等级、预应力筋与非预应力筋配筋率等因素对波纹管内不同粘结情况下的后张预应力混凝土梁受力性能的影响进行分析。结果表明:有粘结预应力混凝土梁的开裂荷载与极限荷载均比无粘结预应力混凝土梁高;有粘结预应力混凝土梁采用较高强度的混凝土更有利于预应力筋发挥其特性;通过提高预应力筋与非预应力筋配筋率,有粘结预应力混凝土梁比无粘结预应力混凝土梁提升幅度更大。
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