Поведение при сдвиге и метод изготовления стальных шпоночных соединений в сборных сегментных балках

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11166 (2023) Цитировать эту статью

293 Доступа

Подробности о метриках

Соединения между сегментами представляют собой слабые места и вносят неоднородность в конструкции, поэтому они особенно важны в сегментных мостах из сборного железобетона. В ходе этого исследования был разработан новый стальной срезной ключ и проведено 6 натурных испытаний. Различные срезные шпонки и типы соединений были взяты в качестве экспериментальных параметров для изучения распространения трещин, режима разрушения, скольжения при сдвиге, предельной несущей способности и остаточной несущей способности различных соединений при прямой сдвиговой нагрузке. Результаты показывают, что жесткость и прочность на сдвиг стальных шпоночных соединений выше, чем бетонных шпоночных соединений, а конструктивная система была более стабильной, чем бетонные шпоночные соединения в момент растрескивания. Как бетонная шпонка, так и стальные шпонки, эпоксидные соединения, пострадали от прямого сдвига. Однако, в отличие от бетонных эпоксидных швов, которые подвергались хрупкому разрушению, стальные шпоночные эпоксидные соединения продемонстрировали большую остаточную емкость. На основе традиционной конструкции сегментных мостов представлены методы строительства с использованием стальных шпоночных соединений, включая короткое соединение, длинное соединение и модульные методы. Наконец, возможность создания стальных шпоночных соединений была проверена посредством инженерных испытаний.

Сегментный мост из сборного железобетона (PCSB) быстро развивался благодаря своим преимуществам, заключающимся в экономичной и безопасной конструкции, быстром и универсальном строительстве, отсутствии сбоев на уровне земли, отличном удобстве обслуживания, низких затратах жизненного цикла и легко достижимом контроле качества1,2,3. Соединения являются характеристиками PCSB, которые передают сжимающие и сдвиговые напряжения соединений4,5. Но арматура и бетон в месте стыка прерывисты, что является слабой частью конструкции6,7. Поэтому характеристики суставов на сдвиг привлекают внимание исследователей.

Джонс и др.8 и Буюкозтюрк и др.9 пришли к выводу, что поведение сдвига сухих шпоночных соединений зависит от уровня ограничивающего напряжения. Чжоу и др.10 провели испытания механизмов передачи сдвига серии полномасштабных шпоночных соединений и пришли к выводу, что эпоксидные соединения имеют значительно более высокую прочность на сдвиг, чем сухие соединения. Сангхон и др.11 провели экспериментальное исследование формы ключей и полагают, что несущая способность полукруглых и треугольных ключей на сдвиг явно лучше, чем у трапециевидных ключей, но полукруглые и треугольные ключи более склонны к хрупкому разрушению. Юань и др.12 обнаружили, что пластичность армированных ключей превосходит пластичность простых бетонных ключей, а внутреннее сухожилие помогает улучшить прочность бетонных ключей на сдвиг. Чой и др.13 считают, что соответствующий уровень удерживающего напряжения и эпоксидной смолы может предотвратить внезапный выход из строя соединений в условиях циклической нагрузки с высокой амплитудой. Аль-Роусан и др.14 исследовали влияние ограничивающего напряжения и прочности бетона на сжатие на сдвиговое поведение сухих одношпоночных соединений посредством нелинейного моделирования FEA, и была предложена формула способности к сдвигу. Чжан и др.15 провели полномасштабные испытания на сдвиговое поведение многошпоночных эпоксидных соединений и предложили новую формулу, учитывающую неравномерное распределение напряжения сдвига. Результаты испытаний Алькальда16 показывают, что среднее напряжение сдвига, передаваемое через соединение, уменьшается с увеличением количества шпонок, но это влияние менее заметно по мере увеличения ограничивающего напряжения. Жан и др.1 провели экспериментальные исследования характеристик сдвига шпоночных зубчатых соединений (KTJ) при многократной нагрузке и обнаружили, что по сравнению с монотонным нагружением несущая способность и жесткость KTJ значительно снижаются при многократной нагрузке из-за повреждения накопление в бетоне. Между тем, Чжан и др.17 указали, что шпоночное соединение простого бетона подвергается разрушению «прямого сдвига» под прямой нагрузкой, а добавление внутренних стальных стержней будет способствовать усилению соединения шпоночных соединений и преобразованию доминирующего режима разрушения в режим «раздавливания». . Луо и др.18 предложили аналитическое выражение для прогнозирования динамической способности к сдвигу эпоксидных соединений при различных скоростях деформации. Фрейтас и др.19 разработали диаграммы разрушения с учетом ключевой способности к многоосному сдвигу с удерживающим давлением P, моментом M и кручением T. Обнаружено, что соотношения между моментом и сдвигом M/V, а также крутящим моментом и сдвигом T/ V, контролировать механизм отказа. Смиттакорн и др.20 и Битти и др.21 провели испытания для оценки прочности на сдвиг и деформации соединений с использованием сталефибробетона (SFRC) и указали, что добавление стальных волокон улучшает способность к сдвигу и пластичность шпоночных соединений. Цзян и др.7 обнаружили, что прочность сухих шпоночных швов из СФРК на 25% выше, чем у обычных шпоночных швов из бетона. Парк и др.22 предложили аналитическую модель для прогнозирования способности к сдвигу шпоночных соединений из СФРК посредством экспериментального исследования. Воо и др.23, Гопал и др. 24 и Ким и др. 25 провели испытания на срезную способность шпоночного соединения UHPC и обнаружили, что нагрузки при разрушении увеличиваются с увеличением количества срезных шпонок. Ху и др.4 разработали метод прогнозирования прочности на сдвиг сухого соединения UHPC, основанного на предыдущих экспериментальных результатах и ​​численном моделировании. Сан и др. 26 обнаружили, что пластичность срезных шпонок обычных стальных стержней выше, в то время как срезные шпонки стержней из стеклопластика демонстрируют большую хрупкость. Исса и др.27 обнаружили, что спецификация AASHTO не учитывает вклад эпоксидных смол и недооценивает прочность на сдвиг одношпоночного эпоксидного соединения. Ромбах и др.28 предложили новую модель расчета сухих швов и полагают, что спецификация AASHTO переоценивает несущую способность сухих швов. Турмо и др.29 считают, что коэффициент запаса прочности (0,75) следует учитывать при расчете прочности на сдвиг бетонных шпоночных соединений по формуле AASHTO. Шамасс и др.30 рекомендуют снижать коэффициент трения, используемый в уравнении кода AASHTO, когда применяется высокое ограничивающее давление.