套筒连接缺陷对装配式混凝土短肢剪力墙抗震性能影响研究

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当前我国装配式混凝土结构竖向连接方式应用最为广泛的是钢筋套筒灌浆连接,其连接性能是保证装配式混凝土结构受力性能的关键。但在实际工程中,套筒灌浆连接的质量会受到灌浆操作失误、环境变化、疲劳工作、管理疏忽等不利因素的影响,易在施工中出现不同种类和程度的缺陷,如灌浆料强度不足、灌浆不饱满、连接钢筋锚固长度不足等,且难于检查监督。尤其在我国北方地区,低温施工也会影响灌浆连接质量。目前,已有研究者对带有缺陷的灌浆套筒连接性能开展研究,但未见有针对低温灌浆连接对于套筒灌浆连接性能的研究。已有开展带灌浆缺陷的柱、剪力墙构件受力性能的研究,但未见针对住宅建筑中广泛应用的短肢剪力墙构件,在灌浆连接有缺陷情况下的受力性能研究。本文首先开展了有不同缺陷的套筒灌浆连接件抗拉性能的研究,在此基础上对有套筒连接缺陷的装配式混凝土短肢剪力墙抗震性能开展研究。具体研究内容如下:(1)设计制作了25组(75个)半灌浆套筒连接件,研究锚固长度不足(即钢筋伸入套筒内长度不足)、灌浆料强度不足和低温环境灌浆套筒连接缺陷对半灌浆套筒连接件抗拉性能的影响。(2)使用ABAQUS有限元软件对半灌浆套筒连接件试验试件进行分析。通过非线性弹簧spring2模拟灌浆料和钢筋的粘结滑移,从破坏形态、荷载位移曲线、承载力等方面对比有限元模拟结果与试验结果,验证有限元模型和相关参数的有效性。进一步分析得到安全指标。(3)在套筒连接性能试验的基础上设计并制作了三个装配式混凝土短肢剪力墙试件,在边缘约束区设置不同数量和位置的缺陷,开展低周反复试验,从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及破坏形态等方面研究套筒灌浆缺陷对装配式短肢剪力墙抗震性能的影响。(4)使用ABAQUS有限元软件对装配式混凝土短肢剪力墙试验试件进行模拟分析。对比有限元分析结果与试验结果,验证模型参数的合理性。进一步分析不同缺陷下装配式短肢剪力墙的承载力。通过以上研究得到主要结论如下:(1)半灌浆套筒试件的破坏形式分为钢筋刮犁式拔出和钢筋拉断两类。所有试件未发生钢筋滑丝破坏,说明机械连接可靠。浇筑初期的低温会影响灌浆料的强度,随着龄期的增长,低温的影响减弱。当钢筋伸入套筒内长度(L)不足时,L≥6d时,发生钢筋拉断破坏,当L≤5d时试件发生钢筋刮犁式拔出破坏。灌浆料强度不足时,当灌浆料强度≥70MPa时,试件发生钢筋拉断破坏,当灌浆料强度≤50MPa时试件发生钢筋刮犁式拔出破坏。当L不足和灌浆料强度不足同时发生时,对钢筋套筒连接件的受力性能影响更大。(2)对比有限元分析和试验结果,破坏形式相同,荷载位移曲线基本吻合,承载力偏差在8%以内。钢筋伸入套筒内长度和灌浆料强度在试件破坏前与承载力呈线性相关,拟合出灌浆套筒连接抗拉承载力经验公式。(3)装配式混凝土短肢剪力墙试件的破坏形式均为压弯破坏,无缺陷试件钢筋受拉屈服,混凝土压碎剥落,有缺陷试件的破坏模式为缺陷侧钢筋锚固失效,受压侧混凝土压碎剥落。套筒连接缺陷对试件开裂荷载没有影响,减小了试件塑性铰长度,减弱了耗能能力,降低了试件的承载力和延性,两侧有缺陷试件的延性系数达到了3.5以上,依然有较好的延性。缺陷对装配式短肢剪力墙的抗震性能产生不利影响,随着套筒连接缺陷数量的增多而加重。(4)有限元分析结果的结构损伤与试验相近,体现了压弯破坏的特点,滞回曲线和骨架曲线与试验结果基本一致,选用的有限元分析参数和模型能够较好的模拟试验工况。
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