装配式建筑用智能灌浆料与连接套筒研究

作     者：孙炯枫 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：乔国富

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：装配式建筑 智能灌浆料 连接套筒 灌浆缺陷 预制构件搭接 

摘      要：装配式建筑是建筑工业化的重要内涵之一,而灌浆套筒是实现预制混凝土构件连接的主要型式之一,其对确保装配式建筑结构的整体安全可靠尤为重要。本文立足于智能结构理念,采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合,针对集结构与功能一体化的智能灌浆料套筒展开研究,实现施工过程中灌浆质量和服役过程中灌浆套筒连接节点受力状态的实时监测。主要内容如下:首先,研制具有应变自感知功能的智能高强灌浆料。在高强灌浆料配方中添加碳基应变自感知功能填料,以灌浆料基本性能和应变感知能力作为优化目标,得到具有应变自感知功能的高强灌浆料理想配合比。试验结果表明:该灌浆料初始流动度为341mm,30min流动度为298mm;1d、3d、28d抗压强度为50.9MPa、75.4MPa、108.1MPa;3h竖向膨胀率为0.192;压阻系数为2×10。功能填料掺量低于渗透阈值时,随着掺量的增加会提高灌浆料的感知性能,但对流动度具有劣化影响。其次,建立智能连接套筒灌浆缺陷自感知性能。通过理论分析方法得到了d(插入端钢筋距灌浆套筒底端的距离)对灌浆饱满度自感知性能的影响规律,然后对施工过程中出现的几类典型缺陷进行研究,并得到了灌浆高度与电阻值的对应关系。结果表明:感知端部缺陷的能力随着d值的增大而减小,感知中部缺陷的能力与之相反。当连接套筒出现灌浆缺陷时,理论值和试验值均具有较高的灵敏度,且均在17%以上;并且发现,随着灌浆高度的增大,试验值和理论值更加接近。第三,建立智能连接套筒应变自感知模型。通过有限元方法得到了d值对应变自感知性能的影响规律,建立了F-Δ(电阻值变化率)理论模型,并对智能连接套筒进行了拉拔试验。结果表明:随着轴向拉力的增大,Δ值逐渐变大。当轴向拉力小于15k N时,理论分析与试验得到的Δ值较为接近;当智能连接套筒濒临破坏时,这一差值达到7%左右,甚至更大。最后,开展智能连接套筒在实际结构中的应用。采用智能连接套筒对梁构件进行搭接,在灌浆过程中对其进行灌浆饱满度的实时监测,并对养护满28d的梁构件进行受弯试验。实验结果表明:当弯矩值小于20kN·m时,智能连接套筒具有较好的重复性。可以把电阻值变化率数值5%左右作为梁构件开裂的标志;电阻值变化率数值17%左右作为梁构件受拉钢筋屈服的标志;电阻值变化率数值25%左右作为梁构件破坏的标志。