装配式预应力混凝土框架梁柱接缝受扭性能研究
作者单位:中国建筑科学研究院有限公司
学位级别:硕士
导师姓名:李东彬
授予年度:2022年
学科分类:08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程]
主 题:装配式混凝土框架 预应力 梁柱压接接缝 受扭性能 受扭承载力计算方法
摘 要:中国建筑技术集团有限公司在所承担的建筑工业化领域“十三五重点研发计划子课题研究中提出了一种新型装配整体式预应力混凝土框架结构体系,其核心技术是将预制柱和预制梁通过张拉预应力筋实现干式压接连接,该体系可适用于大柱网重荷载框架结构。现浇混凝土框架结构的边框架梁需要考虑受扭问题,设计中通过配置受扭纵筋与箍筋满足受扭承载力需求。新型装配整体式预应力混凝土框架结构中,边框架梁与柱之间通过灌注高强砂浆并张拉预应力筋实现压接连接。梁柱接缝截面仅配有预应力筋,与现浇结构的受扭配筋有较大差异,因此,有必要对接缝截面的扭转受力机理进行研究,并提出接缝截面的受扭设计方法。本文针对以上问题,进行了装配式预应力混凝土框架梁柱接缝受扭性能试验研究,主要研究内容及成果如下:首先,设计制作了15个装配式梁柱压接试件,并进行受扭试验,分析了轴心预压应力、偏心预压应力、预应力筋的销栓作用,以及结合面粗糙处理与灌缝材料对接缝受扭性能的影响。试验结果表明:(1)在接缝受扭破坏过程中,其裂缝表现为侧面竖缝与顶面横缝连通,形成沿接缝正截面的四周贯通裂缝,侧面与顶面同时出现多且密的平行斜裂缝,接缝产生明显的扭转错动;(2)对接缝施加预压应力可显著提高接缝的受扭承载力与延性,且接缝的受扭承载力、延性与预压应力呈正相关关系;(3)接缝开裂后,预应力筋发挥销栓作用,显著提高接缝的受扭承载力与延性;(4)预压应力作用下,结合面凿毛处理可有效提高接缝截面扭转变形能力、受扭承载力和延性。其次,分析试验结果并结合相关文献研究成果,阐述了装配式预应力混凝土框架梁柱压接接缝扭转受力机理,接缝受扭破坏过程可分为三个阶段。(1)弹性阶段:在开裂扭矩之前,扭转角非常小,其正截面处于弹性状态,扭矩由结合面上的剪应力来承担,剪应力由粘接力与压应力所产生的摩擦力组成;(2)弹塑性阶段:当扭矩增大至开裂扭矩后,接缝侧面角部产生斜裂缝,扭矩增长速率变慢,侧面与顶面的竖缝与横缝同时发展,其正截面局部区域进入塑性状态,接缝的粘接力下降,达到峰值扭矩时,接缝正截面形成四周贯通裂缝,受扭承载力主要由预压应力产生的摩擦力与预应力筋的销栓作用组成;(3)破坏阶段:扭矩逐渐下降,扭转角增长速率变快,裂缝向内部发展,外部区域砂浆退出工作,结合面有效截面不断减小。由于压应力与预应力筋的作用,接缝具有较好的延性。最后,参考国内外相关规范并结合本次试验结果,提出了接缝受扭承载力计算方法,计算值与试验值较为吻合。对接缝的受扭设计提出建议,建议接缝受扭设计时预压应力值不应低于5MPa。通过算例和试验验证可知,在正常设计施工条件下,纯扭受力时,梁会先于接缝产生典型的扭转破坏,接缝的受扭安全度储备较高。