带缺陷的装配式混凝土结构钢筋灌浆套筒连接件力学性能研究

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装配式混凝土结构是实现住宅产业化的重要方法之一,它是通过将构件在工厂中预制完成并运输到工地现场进行组装而成的一种结构,相比于传统的现浇混凝土结构它有着诸多优点。装配式混凝结构竖向预制构件之间的连接通常采用灌浆套筒进行连接,因此灌浆套筒连接接头的质量对连接的可靠性起到了决定性的作用。为探究灌浆套筒连接接头的质量,得到工程中最常见的缺陷形式,利用冲击回波法对18个装配式混凝土结构施工现场总计422个灌浆套筒连接节点进行检测,涵盖了杭州、宁波、成都以及重庆四个城市的装配式建筑,其中包括了住宅楼、办公楼、公寓等多种建筑形式。根据检测结果将灌浆缺陷主要分为:顶部缺陷、中部缺陷、分布缺陷三类,其中带有缺陷的灌浆套筒连接节点占样本总数的8.8%,顶部缺陷最为常见,分布缺陷出现频次较低。此外,结合相关文献分析可知除灌浆缺陷外,施工时还存在锚固不足以及钢筋偏置两种施工缺陷。根据调研分析结果,按照缺陷类型设计并制作51个试件,其中包括顶部缺陷试件12个、中部缺陷试件12个、分布缺陷试件5个、锚固不足试件12个、钢筋偏置试件5个以及灌浆饱满试件5个。对制作的试件进行单向拉伸试验,试验结果表明:1、灌浆套筒试件的破坏形态主要分为三种:(1)螺纹端钢筋拉断(2)灌浆端钢筋拉断(3)灌浆端钢筋拔出;2、灌浆饱满试件的抗拉强度与母材钢筋抗拉强度相当,中部缺陷试件由于提前失效导致滑移量减小;3、相同当量的缺陷长度,分布缺陷试件的承载能力最低,其承载力随着缺陷个数的增加逐渐下降;4、当缺陷长度超过2d时锚固不足试件的承载力明显小于顶部缺陷试件;5、对各类缺陷的极限抗拉强度随缺陷长度的变化趋势进行拟合,拟合曲线吻合较好,为连接接头在产生缺陷后的剩余承载力计算提供了一定依据。利用ABAQUS软件进行有限元模拟结果分析,模拟结果与试验结果吻合较好,并对模拟与试验结果进行了误差分析,模拟结果表明:1、套筒的筒壁应力由两端向中部逐渐增大,当灌浆饱满时,套筒中部应力最大,达到了270Mpa;2、灌浆饱满试件中的灌浆料应力明显小于带有缺陷的试件,缺陷的产生削弱了灌浆料的整体性并且减少了钢筋与套筒之间的接触面积,最终导致灌浆料内部的应力增大。带有缺陷的灌浆套筒连接件试验结果和数值模拟结果均表明上述灌浆套筒连接件中存在的各种缺陷对连接接头的力学性能影响较大,对整个结构会产生极大危害。因此,本研究提出了一种新型的免灌浆套筒的连接方式以避免灌浆导致套筒内形成的上述缺陷对连接接头产生的影响,并对该种连接方式进行单向拉伸试验,试验结果表明该新型免灌浆套筒连接方式在内部连接胶体混合均匀的情况下能满足预制构件之间的连接所需力学性能要求。
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