海上风电基础结构灌浆连接段研究综述

海上风电场是发展清洁低碳能源和优化能源结构的重要组成部分,系统研究海上风电结构基础理论对于促进海上风电的发展至关重要。灌浆连接段作为海上风电基础的重要连接结构,在传递结构内力方面起到了不可替代的作用。灌浆连接段是海上风电结构中受力最复杂的传力结构,该文详细阐述灌浆连接段的应用情况,并通过分析国内外关于灌浆连接段的受力机理、承载力计算方法等方面的研究成果,系统说明了灌浆连接段的研究现状。分析已有试验参数的统计结果发现,依照现有灌浆连接段设计理论进行灌浆连接段的设计和施工具有一定局限性。最后结合现有灌浆连接段的应用条件和场景,展望了灌浆连接段未来的研究领域。     

钢筋轴线偏心半套筒灌浆连接高温后的单向拉伸试验研究

为研究火灾后带钢筋轴线偏心的半套筒灌浆连接（half grouted sleeve connection,HGSC）的单向受拉性能,对 48个 HGSC 进行了单向静力拉伸试验,研究了钢筋轴线偏心和高温对不同钢筋直径的高温后 HGSC 力学性能的影响,并结合已有研究给出工程意见 . 结果表明：高温后带钢筋轴线偏心的HGSC主要发生钢筋拉断破坏与钢筋拔出破坏,且随着钢筋轴线偏心率的增大和温度的升高,试件更可能发生钢筋拉断到拔出破坏的转变;钢筋轴线偏心会在高温基础上进一步影响连接性能,钢筋偏心试件的荷载最大下降至无缺陷试件的 94%,滑移量最大增加至173%;建议对HGSC和含该连接的装配式混凝土结构进行设计、施工、火灾后性能评估与修复时,考虑火灾温度和钢筋轴线偏心率的影响,要求不出现钢筋拔出破坏,且破坏时钢筋与灌浆料之间没有明显滑移;焊接能有效地解决连接螺纹端加工质量不佳的问题.     

海上风机基础灌浆连接段轴心受压承载力数值分析

采用有限元分析方法,对海上风机基础灌浆连接段进行数值参数分析,主要研究了径向刚度、长径比和剪力键高距比对轴心受压承载力的影响,分析了套管与灌浆料之间接触压力的分布规律。研究结果表明,径向刚度的增加可以增强套管和桩管对灌浆料的约束效应,提升灌浆连接段的轴心受压极限承载力和延性;长径比能够提升灌浆连接段轴心受压承载力,但随着长径比的提高,等效黏结强度不断减小,结构的延性也相应地降低;剪力键高距比主要通过影响灌浆段的有效剪力键对数来影响灌浆连接段的轴心受压极限承载力,因此,提升高距比能够提高灌浆连接段的轴心受压承载力。     

后灌浆钢管混凝土的轴向冲切性能

在试验的基础上,对后灌浆钢管混凝土柱的轴向冲切力学性能进行评估,分析不同后灌浆方式对轴向冲切破坏的影响规律.通过反分析方法,利用试验数据得到模拟后灌浆界面本构方程的相关参数,探讨了原混凝土柱与钢管之间的后灌浆连接方式及轴向冲切作用下的变形特性.基于试验和数值模拟结果,提出了后灌浆界面连接方式的建议,为今后相关工程提供参考.     

铝合金构件T形连接承载性能

基于Kulak计算模型,验证并比较了中国和欧洲铝合金结构规范的相关设计公式.完成了9组共25个国产铝合金构件T形连接的试验,对试验结果和按规范公式的计算结果进行了比较.进行了大规模的T形连接数值计算,考察连接几何参数对其破坏模式和极限承载力的影响,并分析了T形连接几何参数对其翼缘有效长度的影响.根据试验和数值模拟结果,进一步完善了T形连接的计算模型和基本假定,并基于欧洲铝合金结构规范公式提出了修正公式.     

灌浆套筒混合连接装配式方柱墩偏压性能试验

目的 为提高灌浆套筒连接节段拼装桥墩的整体受力性能,提出内置钢管的灌浆套筒接头连接节段拼装方柱墩,并对其偏压性能进行研究.方法 以钢管长度、直径及壁厚等为参数,设计了8个拼装桥墩试件,研究节段拼装桥墩在大小偏压作用下的损伤机理和受力性能.结果 采用混合接头的装配式桥墩在偏压作用下破坏位置主要在桥墩中下部,随着钢管长度的...     

考虑钢筋偏心影响的新型灌浆套筒力学性能

为了研究钢筋偏心对新型灌浆套筒连接件的套筒应力-应变、灌浆料应力-应变、连接件侧向变形等性能参数的影响,在钢筋整体偏心试件的单向拉伸实验基础上,采用基于内聚力接触属性、三维实体单元及显示动力学的有限元软件ABAQUS建模方式,对钢筋整体偏心与局部偏心2种偏心类型共11个新型灌浆套筒偏心试件进行有限元模拟;结合有限元模型与实验结果,验证该建模方式有限元分析的可靠性。结果表明：套筒最大轴向应力、应变与钢筋偏心距呈正相关;钢筋偏心导致套筒试件产生附加弯矩及侧向位移,造成套筒、灌浆料应力-应变分布不均,应力集中现象明显,增加套筒试件侧向失稳的可能性,降低试件的极限承载力;有限元模型模拟结果与实验结果吻合良好。     

基于负偏心的钢管插板连接极限承载力研究

通过试验对长细比比较大的有负偏心作用的1/4加肋钢管插板连接的极限承载力进行了研究,并与有限元得出的结果进行了比较,在此基础上对不同长细比和不同负偏心距的极限承载力进行了数值分析,提出了建议公式。结果表明：负偏心对长细比比较大的主管的承载力是不利的,对长细比小的主管的承载力是有利的,主要是由于长细比比较大时整体失稳先于局部屈曲,而长细比小时局部屈曲起主要控制作用;主管直径D,厚度t以及节点板长度B对承载力的影响是很明显的; 所提出的建议公式具有一定的适用性。     

带可替换耗能连接偏心支撑钢框架单调加载的受力性能分析

带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架的框架梁由耗能连接和框架梁两部分构成,耗能连接具有震后替换方便、造价低等特点.采用Abaqus软件对10榀带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架进行数值模拟.模拟中对该偏心支撑钢框架施加单调荷载,分析不同参数下可替换耗能连接及整个框架的承载能力、变形能力等力学性能.分析结果表明:带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架能够很好地将结构的塑性变形集中在此耗能连接上,因此带有这种耗能连接的偏心支撑钢框架具有较高的承载力、延性、初始刚度,并且应力和应变分布较均匀.     

管桩-塔脚机械型连接接头及其轴向性能分析

为解决传统桩-塔脚现浇型连接接头存在的受拉性能差、施工周期长等问题,提出了一种新型预应力混凝土高强管桩(precast high-strength concrete pile,PHC)管桩-塔脚机械型连接接头。先通过理论分析对新型连接接头中的圆筒和腹板最小厚度进行确定,再利用ABAQUS软件对其进行轴向性能有限元分析,并将其与传统现浇型连接接头进行对比。研究结果表明:当圆筒厚度为10 mm、腹板厚度为10 mm时,其能满足单项承载力要求、整体承载力要求及经济性要求。在受压荷载下,传统现浇型连接接头最终因塔脚全域受压屈曲而破坏;机械型连接接头最终因连接主体中的圆筒和腹板全域屈服而破坏,其可满足同型号管桩-塔脚的受压设计承载力要求,且可选择增大圆筒厚度和腹板厚度来提高整体受压承载力。在受拉荷载下,现浇型连接接头最终因预埋件中锚筋与混凝土锚固力不足而发生拔出破坏,拉伸位移均为预埋件刚体位移,连接接头具有很差的延性。机械型连接接头最终因啮合式连接接头中的连接销受拉变形过大而破坏,其受拉承载力远大于现浇型受拉承载力且具有较好的延性。     

不同长度耗能梁段偏心支撑框架受力性能

通过对3种长度耗能梁段下的K型偏心支撑钢框架进行往复力加载试验,研究了耗能梁段长度对结构受力性能的影响,分析了结构的极限承载能力、破坏形式、刚度退化及耗能等性能。研究结果表明:随着耗能梁段长度的增加,K型偏心支撑钢框架的强度、刚度和耗能均产生了明显的退化现象,但延性有所提升。耗能梁段长度的增加使得偏心支撑钢框架屈服荷载及极限承载力明显下降,这表明耗能梁段的长度对钢框架受力性能具有较大影响。耗能梁段长度的改变,并不影响偏心支撑钢框架率先通过耗能梁段消耗能量,从而保护整体框架相对稳定的设计理念。     

基于运动连接的机构尺寸误差分析

介绍机构运动分析与误差分析的向量环路线性规划法,分析运用运动分析灵敏度进行误差分析的可能性,提出在机构误差分析模型中用基本运动连接元素(运动副)对尺寸误差进行等价替换,使误差分析向量环路线性规划法在ADAMS中实现.分析仿真过程中在误差等价替换运动连接中引入虚拟速度并逐一进行单步仿真,从而提取误差灵敏度.结果表明,误差分析的等价运动连接替换法实现了计算机辅助分析,解决了向量环路分析计算量繁琐的弊端,使机构误差分析简易可靠.     

龄期对钢筋套筒灌浆连接力学性能的影响

水泥基灌浆料在钢筋套筒灌浆连接中发挥关键作用,为研究灌浆料浇筑早期强度发展对连接接头力学性能的影响,运用试验方法和有限元法研究不同龄期下的套筒灌浆连接接头,重点分析了接头的破坏形态、承载力、变形能力及应变分布等方面。结果表明:不同龄期的连接接头呈现出不同的破坏形态,受力机理也存在较大差异;灌浆料龄期对接头承载力和变形性能均有较大影响;有限元法可有效模拟套筒灌浆连接件的受力形式,并进一步验证了试验结果。     

冻融循环作用后钢筋混凝土柱的偏心受压性能

为了研究冻融循环作用对钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,对经历0,75,100,125,150次冻融循环作用后的立方体试块进行了抗压强度试验,并设计制作了30根钢筋混凝土柱,将其经历0,75,100,125,150次冻融循环作用后进行偏心受压静力试验.分析了混凝土相对抗压强度、质量损失率、相对动弹性模量与冻融循环次数的关系,研究了冻融循环次数、轴向力偏心距对钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响.研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,试验柱的开裂荷载和极限荷载都逐渐减小,极限变形逐渐增大,部分试件由大偏心受压破坏转变为小偏心受压破坏.现行混凝土结构设计规范关于钢筋混凝土偏心受压柱极限承载力的计算理论适用于冻融循环作用后的钢筋混凝土柱.     

钢筋-金属波纹管灌浆连接的锚固性能试验研究

为研究钢筋-金属波纹管灌浆连接的锚固性能,设计并制作了23组灌浆连接试件.基于拉拔试验,分析了钢筋锚固长度l_a、孔径比D/d和螺旋箍筋约束等因素对灌浆连接锚固性能的影响.研究结果表明,试件的破坏形式包括钢筋拉断、钢筋拔出、金属波纹管拔出和混凝土开裂等4种,且以钢筋拉断为主.当孔径比D/d=1.90～2.23时,试件由于试验原因多未发生破坏,但钢筋均达到屈服强度.当孔径比D/d=2.52～3.50且锚固长度l_a≥10d时,试件破坏形式均表现为钢筋拉断.当孔径比D/d=1.90～3.50且锚固长度l_a=7d～24d时,钢筋的黏结刚度随锚固长度l_a和孔径比D/d的增大呈先增大后减小的趋势.在外径为89 mm的金属波纹管内加入螺旋箍筋后,钢筋黏结滑移量显著降低,锚固性能明显提升.在工程应用中,当钢筋直径不大于25 mm时,建议锚固长度l_a取10d～15d,孔径比D/d取2.50～3.50.     

钢筋套筒灌浆连接预制柱-基础连接节点抗震性能与受力机制研究

设计2个足尺柱-基础连接节点试件并进行拟静力试验研究,分别为灌浆套筒钢筋锚固连接预制柱-基础连接节点(PC-GS)构件,以及作为参照组的现浇柱-基础节点(RC)构件。详细阐述了PC-GS预制柱-基础连接节点和现浇-基础连接节点的受力特性,对其滞回特性、强度与刚度退化、耗能能力、裂缝发展和破坏模式进行了对比分析,试验结果表明,PC-GS预制柱-基础连接节点最大层间位移角为4.5%,低于现浇节点,但其承载能力为现浇节点的96.1%,基本实现了等同现浇,基于其破坏形态可知,预制柱-基础连接节点具有与现浇节点不同的塑性铰机制。     

用于建筑结构预制拼装的灌浆套筒连接技术

套筒灌浆连接技术作为预制混凝土技术之一,在保证工程质量方面的优越性将受到人们越来越多的关注,具有广阔的前景和应用空间。在分析灌浆套筒连接技术的研究历程与发展状况,以及灌浆套筒各组成部件的基础上,对套筒的尺寸、钢筋截断长度及灌浆管和排浆管位置的确定、安装灌浆管和排浆管的方法、接头的拼装注意事项等内容进行了较为详细的研究分析。     

双向偏心矩形扩展基础底面尺寸的直接计算法

根据柱下偏心矩形扩展基础设计方法,利用基底最小反力Pkmin=0的条件给出了双向偏心基础底面尺寸的直接计算方法.与现有计算方法相比,该法能避免反复试算和解一元三次方程,具有经济合理、计算简单的优点。