预制混凝土构件斜缝式预压连接节点的抗剪性能研究

摘要

以预制装配技术为核心的建筑工业化浪潮正在席卷我国，然而，装配连接界面作为需要进行复杂施工处理的物理薄弱部位，已成为装配式结构技术发展的制约因素之一。为此，本文以改进传统垂直接缝式抗剪连接问题为目标，提出了预制混凝土构件斜缝式预压连接技术，使接缝同时以摩擦和搭接两种机制进行抗剪，从而增强了节点的抗剪能力，并可省去界面粗糙化处理工序。基于这一技术思路，为了优化综合技术指标，本文进一步考察了斜缝形式（单斜缝和双斜缝）、预压力及界面倾角等参数对构件连接节点抗剪性能的影响规律，并建立了抗剪计算模型，具体工作如下： （1）提出了斜缝式预压连接节点的构造形式及其在板梁连接、主次梁连接及节段桥连接中的运用方案。 （2）以主次梁斜缝式抗剪连接为切入点，通过物理试验及有限元模拟分析手段，研究了界面倾角及预压力对斜缝式预压连接节点抗剪性能的影响，结果表明：对单斜缝式预压连接节点而言，即使在界面倾角（相对于水平面，下同）接近于90度的情况下，常规预压力下也很难使节点在剪压破坏前发生明显界面滑移；界面倾角主要通过影响剪跨比及箍筋的抗剪参与量来影响节点斜截面抗剪承载力，界面倾角越小，节点斜截面抗剪承载力越强；另一方面，在剪压破坏阶段继续加载时，界面倾角的减小及预压力的增大有助于提升单斜缝式预压连接节点剪压破坏过程中的界面抗滑移能力。对于双斜缝式预压连接节点而言，界面倾角主要通过影响剪跨比、箍筋的抗剪参与量、拐角处的应力集中程度来影响节点斜截面抗剪承载力，界面倾角越小，节点斜截面抗剪承载力越弱；另一方面，界面倾角的减小及预压力的增大有助于提升界面整体抗滑移能力。 （3）以传统垂直接缝式预压连接节点抗剪性能作为参照，研究了接缝形式对构件节点抗剪性能的影响，结果表明：单斜缝式预压连接节点斜截面抗剪承载力大于传统垂直接缝式预压连接节点，传统垂直接缝式预压连接节点斜截面抗剪承载力大于双斜缝式预压连接节点；单斜缝式连接预压节点界面抗滑移能力强于传统垂直接缝式预压连接节点及同一界面倾角的双斜缝式预压连接节点，传统垂直接缝式预压连接节点界面抗滑移能力强于界面倾角较大的双斜缝式连接节点而弱于界面倾角较小的双斜缝式预压连接节点。总结对比结果，提出了单、双两种斜缝式预压连接构件节点界面建议倾角范围。 （4）以有限元模拟数据为依据，通过回归分析，给出了斜缝式预压连接节点斜截面抗剪承载力设计建议公式，构建了斜缝式预压连接节点界面总滑移量预计模型，并对未来斜缝式连接的研究、推广给出了展望及建议。

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摘 要

Abstract

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Contents

图清单

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表清单

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量注释表

List of Tables

1 绪论

1 Introduction

1.1 研究背景与研究意义（Research Background and Significance）

1.1.1 建筑工业化的概念

1.1.2 国外建筑工业化的发展

1.1.3 我国建筑工业化的发展

1.1.4 预制装配式混凝土结构的应用现状及提升空间

1.1.5 建筑结构节点的抗剪性能问题

1.1.6 现有预制装配式混凝土结构节点连接施工方案比较

1.1.7 现有预制装配式混凝土结构不同节点构造形式抗剪性能比较

1.1.8 预制混凝土构件斜缝式预压连接节点抗剪性能的研究意义

1.2 研究概况及分析（Research Profile and Analysis）

1.2.1 预制混凝土构件斜截面抗剪机理研究概况

1.2.2 预制混凝土构件不同连接方式抗剪性能研究概况

1.2.3 预制混凝土构件不同接缝连接节点抗剪性能研究概况

1.3 研究内容与特色创新（Research Content and Characteristic Innovation）

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究目标

1.3.3 研究方法

1.3.4 技术路线

2 预制混凝土构件斜缝式连接体系发明

2.1 预制混凝土构件单斜缝式抗剪连接体系（Shear Connection System with Single Inclined Interface of Precast Concrete Members）

2.2 预制混凝土构件双斜缝式抗剪连接体系（Shear Connection System with Double Inclined Interfaces of Precast Concrete Members）

2.3 本章小结（Summary）

3 预制混凝土构件斜缝式预压连接节点抗剪性能的试验研究

3.2.1 试件尺寸及配筋设计

3.2.2 试件拼接

3.2.3 加载方式及量测内容

3.3 材料的基本力学性能测试结果（Mechanical Test of Materials）

3.3.1 钢筋

3.3.2 混凝土

3.4 试验现象与结果(Phenomena and Results)

3.4.1 SIB-75试件试验

3.4.2 SIB-65试件试验

3.4.3 DIB-65试件试验

3.4.4 DIB-55试件试验

3.4.5 VIB-90试件试验

3.4.6 试验结果对比

3.5 本章小结（Summary）

4 预制混凝土构件斜缝式预压连接节点抗剪性能的有限元模拟研究

4.1.1 单元类型及材料属性

4.1.2 接触定义

4.1.3 预应力的模拟

4.1.4 网格划分

4.1.5 边界条件及加载方式

4.2 单斜缝式预压连接节点抗剪能力有限元分析(Finite Element Analysis of Joints with Single Inclined Interface Connected by Precompression)

4.2.1 界面倾角对单斜缝式预压连接节点抗剪能力的影响

4.2.2 预压力对单斜缝式预压连接节点抗剪能力的影响

4.3 双斜缝式预压连接节点抗剪能力有限元分析(Finite Element Analysis of Joints with Double Inclined Interfaces Connected by Precompression)

4.3.1 界面倾角对双斜缝式预压连接节点抗剪能力的影响

4.3.2 预压力对双斜缝式预压连接节点抗剪能力的影响

4.4 斜缝式预压连接节点与传统垂直接缝式预压连接节点抗剪能力对比(Comparison of Shear Capacity between Joints with Inclined Interfaces Connected by Precompression and Joints with the Traditional Vertical Interface Connected by Precompression)

4.5 本章小结（Summary）

5 预制混凝土构件斜缝式预压连接节点的抗剪计算模型

5.1 斜缝式预压连接节点斜截面抗剪承载力计算模型（Calculation Model of Shear Bearing Capacity of Oblique Section for Joints with Inclined Interfaces Connected）

5.1.1 单斜缝式预连接节点斜截面抗剪承载力计算模型

5.1.2 双斜缝式预压连接节点斜截面抗剪承载力计算模型

5.2 斜缝式预压连接节点界面总滑移值预计模型(Predictable Model of Interface Total Slip Value for Joints with Inclined Interfaces Connected)

5.2.1 单斜缝式预压连接节点界面总滑移值预计模型

5.2.2 双斜缝式预压连接节点界面总滑移值预计模型

5.3 本章小结 (Summary)

6 结论与展望

6 Conclusions and Prospects

6.1 本文结论 (Conclusions of This Thesis)

6.2 未来工作展望 (Prospect for Future Research)