基于ABAQUS塑性损伤的半灌浆套筒力学性能有限元分析

为研究钢筋直径、灌浆饱满度以及锚固端钢筋偏心对半灌浆套筒连接件的力学性能影响,选用考虑损伤塑性的套筒灌浆料本构曲线方程,通过ABAQUS有限元软件进行建模分析.研究结果表明:钢筋直径减小,半灌浆套筒连接件的屈服强度与极限强度降低,筒壁应变减小;随着灌浆料饱满度的增加,最大荷载下总伸长率降低;当灌浆饱满度低于75％时,将...     

半灌浆套筒连接件抗拉伸性能有限元研究

为了研究半灌浆套筒连接件的抗拉伸性能,采用数字建模方法建立半灌浆套筒有限元模型,研究了钢筋直径、灌浆料强度、钢筋锚固长度、钢筋偏置缺陷等参数的影响规律。研究结果表明,所建立有限元模型能很好地模拟半灌浆套筒连接件的拉伸全过程,且分析结果与试验结果较吻合;随着钢筋直径的增大,半灌浆套筒连接件的极限荷载值和极限位移值均增大;当钢筋锚固缺陷大于2 d时,灌浆料与混凝土间将产生粘结滑移,为防止灌浆料被压碎,建议灌浆料强度应大于100 MPa;钢筋偏置缺陷导致连接件强化阶段荷载值略微降低,沿钢筋受力方向的应力值增大。     

灌浆套筒力学性能影响因素研究进展

灌浆套筒作为装配式结构重要连接方式其力学性能对结构安全性具有重大影响。极限承载力,粘结强度作为接头连接件主要力学指标受灌浆料强度,连接钢筋锚固长度,试件偏心,施工扰动,高温,冻融,锈蚀等因素影响。从灌浆套筒自身组分即灌浆料,套筒,连接钢筋出发,总结不同因素对试件力学性能影响,汇总现有不同影响因素下强度计算公式,针对目前发展状况,提出未来研究方向,为装配式建筑进一步发展奠定基础。     

钢筋套筒灌浆接头力学性能试验研究

作为装配式建筑预制构件间钢筋连接的主要方式,套筒灌浆技术得到广泛应用。通过对四种类型,共计48根套筒灌浆接头试件分别进行单向拉伸、高应力反复拉压以及大变形反复拉压试验,分析钢筋直径、套筒结构形式和钢筋偏位对套筒灌浆接头力学性能的影响。结果表明,四种类型接头试件均可满足相关标准中Ⅰ级接头性能要求;钢筋直径越大,接头试件极限承载力越大,而钢筋直径大小对钢筋与灌浆料之间锚固性能影响很小;同一钢筋直径半套筒灌浆接头试件的力学性能略优于全套筒灌浆接头试件;对于发生钢筋断裂破坏的接头试件,钢筋是否偏位对试件力学性能几乎没有影响。     

不同搭接长度下套筒约束浆锚搭接接头力学试验研究

为改善已有灌浆套筒施工的便利性,提出了一种新型套筒约束浆锚搭接接头,研究了该接头的力学性能.进行了不同搭接长度下16个该搭接接头的拉伸试验,研究了接头的破坏形态、力-位移曲线、承载力、延性、钢筋应变、套筒环向应变等,并基于试验数据及平截面假定对套筒截面的内力进行分析,解释了随搭接长度变化套筒环向(拉、压)应变的变化过程.由于套筒的约束,接头的搭接长度大大减小;试验中套筒的偏转导致试件的刚度、延性小于对应钢筋的刚度、延性;搭接接头套筒中部拉力比对接接头小,对套筒材料抗拉性能要求低,搭接接头钢筋通过灌浆料传递到套筒上的剪应力比对接接头小,对套筒与灌浆料的界面粘结性能要求低.当套筒长度短时,钢筋与灌浆料间出现滑移,使得套筒中部钢筋的拉力变大,套筒与灌浆料合力为压力,反之,套筒与灌浆料合力为拉力;随着搭接长度的增加,加载过程中套筒中部近钢筋侧环向最大压应变增大;极限荷载时,随着搭接长度增加,套筒各测点环向拉应变总体呈降低的趋势.     

灌浆缺陷对全灌浆钢筋套筒连接性能影响

考虑缺陷类型、缺陷位置与缺陷长度对全灌浆套筒接头连接性能的影响,设计57个试件进行单向拉伸试验,研究灌浆缺陷对其破坏形态、荷载-位移曲线图、应变分布以及承载力等受力性能的影响,分析承载力利用率及黏结强度,对灌浆质量进行评价。结果表明：试件破坏模式有钢筋拉断、灌浆料剪碎后钢筋拔出破坏以及钢筋刮犁式拔出破坏;随缺陷长度增长,两侧对称缺陷受影响显著,缺陷长度大于钢筋直径后,中部缺陷对试件影响最大;套筒表面应变分布为中间位置最大,出浆口位置次之,灌浆口位置最小,套筒中部位置为最薄弱位置;除拔出破坏试件,承载力利用率最低为对称底部缺陷类型三倍钢筋直径缺陷长度工况。     

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。     

套筒截面尺寸对套筒灌浆搭接接头拉伸性能影响试验

为研究套筒截面尺寸对套筒灌浆搭接接头受力性能的影响，进行了39个套筒厚度、内径不同试件的单向拉伸试验，研究了其破坏形态、极限承载力、延性、钢筋和套筒应变等性能. 结果表明：试件的破坏形式有钢筋拉断破坏和钢筋拔出破坏；由于加载偏心影响，试件的有效搭接长度约为设计搭接长度的81%；套筒内径相同时，在一定厚度范围内，随壁厚增加，套筒约束增强，试件承载力增大；套筒壁厚相同时，壁厚较小（1.5?mm）时，约束较弱，内径（类似保护层厚度）越大，试件承载力越大，壁厚大于等于2.0?mm时，约束增强，试件发生拉断破坏，内径的增加对承载能力影响小；在弹性阶段，套筒壁厚比套筒内径对钢筋-灌浆料黏结力的影响更明显；套筒中部截面的纵向应变在加载前期为拉应变，随荷载增大逐渐向压应变转化；套筒中部截面的环向应变在加载前期为压应变，随荷载增大逐渐转变为拉应变.提出的接头极限黏结应力和钢筋临界搭接长度计算公式，适用性较好，可供实际工程参考.     

钢筋套筒灌浆连接件抗火性能研究

目的研究高温条件下钢筋套筒灌浆连接件的连接性能,为采用钢筋套筒灌浆连接方式的装配式建筑在火灾后的性能评估提供理论依据.方法基于顺序耦合法和国际标准升温曲线ISO-834,采用ABAQUS软件对两种规格钢筋套筒灌浆连接构件的高温连接性能进行数值模拟.结果在轴向极限拉伸荷载作用下,当受火时间小于10 min时,灌浆料处于三向受压状态并形成较为明显的斜向受压带;当受火时间达到15 min时,部分灌浆料的最大主应力转变为拉应力;当受火时间大于30 min时,位于套筒中部的灌浆料逐渐转变为三向受拉状态,灌浆料斜向受压带随之消失,构件极限拉伸荷载仅为常温下的30%左右.结论随着受火时间的增加,钢筋套筒灌浆连接构件的极限拉伸荷载随之降低,且主要取决于灌浆料的应力状态.     

套筒约束灌浆料与钢筋黏结强度试验研究

为了对装配式混凝土结构中套筒灌浆连接接头钢筋与灌浆料的黏结性能进行研究,设计了30个灌浆套筒连接节点进行拉拔试验,研究了钢筋锚固长度、灌浆料抗压强度、灌浆料厚度和钢筋直径四个参数对黏结强度的影响.试验结果表明：随着锚固长度增加,钢筋与灌浆料之间的黏结强度降低;随着灌浆料抗压强度增加,钢筋与灌浆料之间的黏结强度增加;随着灌浆料厚度的增加,黏结强度降低,对于12 mm的钢筋,当灌浆料厚度在9 ~ 11 mm之间时,灌浆料厚度对黏结强度影响较小,当灌浆料厚度超过11 mm时,影响显著增加;黏结强度随着钢筋直径的增加而增大.根据试验量测的套筒应变和隔离体受力平衡模型,得到了黏结强度与约束应力、灌浆料抗压强度的关系式,可供工程实际中套筒灌浆连接节点锚固长度取值参考.     

搭接长度对套筒灌浆搭接接头反复拉压力学性能影响试验

为研究高应力反复拉压时搭接长度对套筒灌浆搭接接头（APC接头）力学性能的影响,进行了32个APC接头的单拉及高应力反复拉压试验。结果表明：经过高应力反复拉压,试件承载力有所提高,而钢筋与灌浆料间的裂缝进一步发展,试件延性变小;随着搭接长度的增加,试件残余变形u0（单拉）和u20（高应力反复拉压）均减小;在单拉及高应力反复拉压结束后再单拉时,极限荷载下套筒中部截面近钢筋侧纵向压应变、环向拉应变随着搭接长度的增大而减小;基于灰色关联理论得出接头含钢率与极限黏结强度相关性最大。最后,引入灌浆缺陷系数ω,提出极限黏结强度、临界搭接长度计算式。     

灌浆不足对钢筋套筒连接力学性能影响试验

基于已有钢筋套筒灌浆连接的研究成果,通过人为控制灌浆料含量,模拟实际工程中灌浆不足的缺陷,进行套筒连接的静力下单向拉伸试验,研究不同灌浆料含量对静力下钢筋套筒灌浆连接的力学性能、变形性能的影响;进行滞回受力下的高应力反复拉压试验和大变形反复拉压试验,研究不同灌浆料含量对钢筋套筒灌浆连接抗震性能的影响.试验考虑灌浆料含量为影响因素,以钢筋上表面灌浆料的覆没厚度为变量反映水平连接的灌浆料含量,以上侧钢筋在灌浆料中的锚固长度为变量反映竖向连接的灌浆料含量.试验结果表明,钢筋套筒灌浆连接的破坏模式包括钢筋拔出和钢筋拉断,主要取决于钢筋与灌浆料间黏结承载力与钢筋抗拉承载力的相对大小,黏结承载力主要受灌浆料含量的影响.     

灌浆套筒内壁剪力槽设置对连接的影响研究

为了研究灌浆套筒内壁剪力槽设置对钢筋灌浆套筒连接受力性能的影响,设计了具有不同分布以及不同数量剪力槽的钢套筒,并对灌浆套筒连接进行单向拉伸试验.结果表明：当套筒内壁剪力槽数量增加,或者从不均匀改成均匀布置后,连接中钢筋肋前灌浆料的应力变得均匀,并且最大应力有所降低,从而提高了连接的承载力;通过ABAQUS子模型分析技术,可以直观看到：钢筋灌浆套筒连接试件受拉时,钢筋横肋和套筒剪力槽凸台之间出现受压短柱,并且随着钢筋拉力增加,受压短柱范围逐步扩大,应力也逐步增大,从而有效抵抗钢筋的拔出力.研究结果可以为灌浆套筒设计制作提供参考.     

套筒约束两根钢筋浆锚搭接拉伸试验研究

为了改善预制构件钢筋连接的施工便利性及提高连接效率,提出两根钢筋套筒约束浆锚搭接接头,进行了12个以搭接长度为变化参数的Ⅱ型搭接接头、63个以搭接长度和钢筋直径为变化参数的Ⅲ型搭接接头的拉伸试验,研究了试件的破坏形态、极限承载力、力-位移曲线及钢筋和套筒的应变,提出搭接接头的平均黏接应力的计算公式.与单根钢筋的I型搭接接头的相同之处为:试件破坏形态有套筒外钢筋拉断及钢筋与灌浆料滑移两种,套筒端部环向拉应变大于套筒中部,套筒中部近钢筋处拉应变大于远钢筋处.直径相同的钢筋拉断试件,套筒中部远钢筋侧环向应变随搭接长度增加而减小;不同处:Ⅲ型接头椭圆型套筒对灌浆料的约束力小于I型接头圆形套筒,造成Ⅲ型接头加载后期套筒外钢筋未表现出明显的屈服台阶,Ⅲ型接头钢筋滑移试件极限荷载时套筒中部远钢筋处环向应变未表现出I型接头随直径d增大而增大的趋势,Ⅲ型接头的搭接长度较大.     

套筒灌浆料与高强钢筋黏结性能试验与仿真分析

探究了钢筋套筒灌浆连接中套筒灌浆料与高强钢筋的黏结性能。以钢筋直径、钢筋黏结长度为试验变量,浇筑27个试件开展拔出试验。试件的失效模式包括钢筋断裂、钢筋黏结滑移失效、劈裂等三种类型,钢筋直径、钢筋黏结长度均对失效模式产生影响,其中,钢筋黏结长度的影响更加明显。此外,钢筋黏结滑移失效时,试件的荷载-滑移曲线初始下降段出现荷载骤降的现象,其下降幅值约为0.1～0.3倍峰值荷载。进一步提出了套筒灌浆料与高强钢筋的黏结-滑移本构模型,并基于试验数据拟合分析给出了黏结强度、峰值滑移、残余黏结强度等参数的计算表达式。最后,通过有限元模拟进行拓展分析,发现钢筋直径（d）12、16、18mm的拔出试验试件发生钢筋断裂时钢筋黏结长度分别不低于5d、7d、7d。这些发现可为钢筋套筒灌浆连接设计以及承载力计算方法提供依据。     

新型灌浆套筒凸肋深度力学性能研究

良好灌浆套筒的力学性能是保证装配式结构整体性的关键。论文结合粘结滑移理论，通过对套筒凸肋深度轴向应力、各肋Mises应力、灌浆料第三主应力及套筒极限应力等参数的分析，着重研究新型灌浆套筒凸肋深度对其力学性能的影响。结果表明：套筒凸肋深度与其极限应力有着明显的对应关系，套筒凸肋深度增加，套筒极限应力逐渐增大；套筒凸肋深度与位移有着明显对应关系，套筒凸肋深度增加，其位移变化较缓，但总体位移相差不大；套筒凸肋深度与灌浆料第三主应力有明显关系，套筒在一定凸肋深度范围内，其内部凸肋深度的增加有利于提高灌浆套筒整体力学性能，当凸肋深度超过一定范围后，试件承载力有所下降。     

灌浆套筒连接钢筋高温后抗拉性能试验

目的研究灌浆套筒连接钢筋高温后的抗拉性能,为采用灌浆套筒连接钢筋的装配式钢筋混凝土结构火灾后性能评估提供依据.方法选定直径为25 mm的钢筋,用灌浆套筒连接,制作5个试件,分为三组.第一组1个试件,不升温,用于抗拉性能对比.第二组和第三组各有2个试件,在火灾试验炉中按ISO 834曲线升温15 min和25 min,用热电偶采集受火试件内灌浆料的温度时间曲线,受火试件的温度降到室温后,在试验机上进行拉伸试验,测出5个试件的极限承载力.结果根据试验结果,初步确定影响试件破坏形式的灌浆料临界温度在700℃附近,拟合出了在ISO 834升温曲线下灌浆料经历的最高温度与套筒连接试件极限承载力之间关系的经验公式.结论火灾产生的高温会降低灌浆料的力学性能,对高温后套筒连接钢筋试件的极限承载力有明显影响;拟合的经验公式对装配式钢筋混凝土结构火灾后性能定量评估具有重要的参考价值.     

T-CR连接件抗剪承载力有限元分析

目的提出一种新型T-CR抗剪连接件,分析其受力性能,以得到其抗剪机理.方法合理选择构件的本构模型,采用ABAQUS建立有限元模型,研究不同参数对抗剪承载力的影响,T-CR连接件的应力以及贯穿钢筋的应变随荷载的变化规律.结果 T-CR抗剪连接件的荷载-滑移曲线大致可分成弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段; T-CR连接件自由边的应力比焊接边小,添加翼缘和配置贯穿钢筋对连接件的应力有一定影响; T-CR连接件的贯穿钢筋下侧的拉应变随钢筋直径增加而减小,且连接件底部槽内的贯穿钢筋应变相比其上部槽内的贯穿钢筋的应变较大.结论与CR连接件相比,T-CR连接件抗剪承载力较高;提高混凝土强度等级、配置贯穿钢筋以及增加其直径可提高T-CR连接件的抗剪承载力.     

钢筋半套筒灌浆连接的静力拉抻试验研究

为了研究钢筋半套筒灌浆连接试件的力学性能,对14个钢筋半套筒灌浆连接试件进行了静力拉伸试验,试验中研究的主要参数为钢筋直径、套筒尺寸以及钢筋偏位.研究表明:所采用的半灌浆套筒满足强度要求;试件发生了钢筋拉断、钢筋刮犁式拔出和套筒滑丝3类破坏;当破坏形态为钢筋拉断时,钢筋是否偏位对试件的承载力几乎没有影响.在试验结果及分析的基础上,提出了防止试件发生钢筋刮犁式拔出和套筒滑丝破坏的设计方法.     

套筒水平灌浆缺陷复灌前后对套筒钢筋受拉性能的影响

为检测灌浆套筒由于灌浆不密实对套筒钢筋的受力影响,设计制作了灌浆率为100％、80％、70％、60％的4组不同的套筒进行了拉伸受力试验来验证缺陷对受力的影响程度.结果表明:无缺陷灌浆套筒连接的屈服强度和抗拉强度均满足标准要求,和钢筋力学性质完全一致.对灌浆率为80％灌浆套筒连接的屈服强度能够满足标准要求,但时最大应力只相当于钢筋的屈服强度.对灌浆率为70％灌浆套筒连接未达到屈服强度就被拔出,最大强度仅为钢筋标准屈服强度的33％.对灌浆率为60％灌浆套筒钢筋加载初期就被拔出,最大强度仅为钢筋标准屈服强度的9％.采用高强无收缩灌浆料(GWL)和套筒高强灌浆料(TGL)进行复灌对比试验,采用GWL的套筒不能满足受力要求,其原因是流动性不能满足要求,采用TGL的套筒的力学性能满足规范要求,在工程检测中如发现灌浆缺陷,采用复灌方法是可以解决的,其中灌浆料的选择尤为重要.