剪力钉约束下高强混凝土收缩特性的数值模拟研究

摘要

为研究高强混凝土在剪力钉约束作用下的收缩性能和开裂行为,利用ABAQUS建立了内置剪力钉的高强混凝土收缩有限元分析模型。采用控制变量法,探究了剪力钉高度、直径、间距以及混凝土轴向和侧向保护层厚度对高强混凝土约束收缩应变、剪力钉根部区域混凝土最大拉应力的影响,并对各计算工况进行了约束度计算分析。结果表明,剪力钉高度越高、直径越大、间距越小以及混凝土轴向和侧向保护层厚度越小,28 d龄期混凝土的全局约束收缩应变就越小。当剪力钉与混凝土板高度比值大于0.8、侧向保护层厚度大于125 mm后,全局约束收缩应变基本不再变化。混凝土的约束度在其龄期为2 d时达到峰值,28 d龄期时各模型约束度值相比其约束度峰值,下降幅度均在25%~29%之间。混凝土最大拉应力出现在剪力钉根部位置处,在7 d龄期时最大拉应力开始大于抗拉强度,出现开裂风险。使用高度小、直径大、间距小的剪力钉布置方式,以及增加轴向保护层厚度和减小侧向保护层厚度可有效减小混凝土最大拉应力值,降低开裂风险,但增加轴向保护层厚度需要适当考虑经济效益。