-
文章采用导管架基础灌浆连接段的缩尺试件开展轴向静力加载试验,其中无安装误差的标准试件编号为A-1,具体尺寸如图2所示。灌浆连接段试件的套管外壁直径为245 mm,桩管外壁直径为325 mm,两者管壁厚均为8 mm,中间连接段灌浆段长度为625 mm,并含有5对剪力键,剪力键间距为100 mm。
基于DNV规范[9]的分类标准中关于安装误差的分类,文章对灌浆连接段安装误差的定义方式如图3所示。
为了研究纵向和横向安装误差对于灌浆连接段的轴向力学性能的影响,文章基于标准试件A-1分别设计了误差试件D1A-2和D3A-2,其试件的几何参数以及所含误差如表1所示。
试件编号 套管 桩管 灌浆段 剪力键 安装误差 外径DJL/mm 厚度tJL/mm 长度LJL/mm 外径Dp/mm 厚度tp/mm 长度Lp/mm 长度Lg/mm 厚度tg/mm 间距s/mm 高度h/mm 数量n A-1 245 8 825 325 8 825 625 32 100 6 5 - D1A-2 245 8 825 325 8 825 625 32 100 6 5 v/s=0.25 D3A-2 245 8 825 325 8 825 625 32 100 6 5 e/tg=0.375 Table 1. Specific parameters and grouping of reduced-scale test pieces
-
对本试验中所用钢材开展材性试验,可得钢材的弹性模量为2.09×105 MPa,屈服强度为301.7 MPa,极限抗拉强度为474.5 MPa;对所用灌浆料进行材性试验,可得灌浆料的弹性模量为4.36×104 MPa,圆柱体抗压强度为78.3 MPa,同时根据欧洲混凝土规范CEB-FIP-2010[16],可进一步计算得到灌浆料的断裂能为0.175 3 N/mm。
-
该轴向静力加载试验在上海市建筑科学研究院结构试验室开展,加载装置包括加载头、球铰、荷载传感器以及钢制底座等,如图4所示,位移计分布以及测量内容如图5所示。试验中所采用的最大轴向荷载Pmax=696.75 kN,且加载过程采用分级加载,即将最大荷载平均分为5级依次加载,且每次需等待上一级荷载稳定后,再开始下一级荷载的加载。
-
本试验中采用应变片对灌浆连接段试件的各点应变变化进行测量。其中,对于纵向安装误差试件D1A-2,其应变片对称布置在试件90°~270°的纵截面平面上,共38个应变片,如图6(a)所示;对于横向安装误差试件D3A-2,考虑到管内的灌浆料厚度分布并不均匀,其应变片除在横向安装误差所在截面布置应变片(270°方向为灌浆料最厚侧,90°方向为灌浆料最薄侧),还需在套管180°方向一侧布置,共计65个,如图6(b)所示。
-
以灌浆连接段试件顶板与底板的位移差值作为套管与钢管的相对位移量,并将试件D1A-2、D3A-2的轴向荷载-相对位移曲线与试件A-1进行对比,如图7所示,3个试件在轴向静力加载过程中始终处于弹性阶段,荷载与位移呈线性比例增大。然而,含有纵向安装误差(v/s=0.25)的试件D1A-2较标准试件A-1的轴向刚度有所增大,即在最大试验荷载Pmax=696.75 kN下,试件D1A-2的位移为0.263 mm,试件A-1的位移为0.336 mm,v/s=0.25的纵向安装误差下灌浆连接段的轴向刚度增大约28%;而含有横向安装误差(e/tg=0.375)的试件D3A-2较标准试件A-1的轴向刚度也有所增大,即在最大试验荷载Pmax=696.75 kN下,试件D3A-2的位移为0.273 mm,试件A-1的位移为0.336 mm,e/tg=0.375的横向安装误差下灌浆连接段的轴向刚度增大约23%。
另外,文章也从套管和桩管管壁纵向应变的角度对误差试件的结果进行比较分析:对于含有纵向安装误差的试件D1A-2,其与标准试件A-1相比,两者的应变分布趋势相近,即套管管壁上部应变大下部应变小,桩管管壁上部应变小下部应变大,如图8所示。然而在纵向安装误差影响下,套管管壁最上部应变和桩管管壁最下部应变分别增大了15%和26%,这说明纵向安装误差对灌浆连接段端部的纵向应变大小有一定的放大作用。
Figure 8. Comparison of longitudinal strain distribution on pipe wall between test piece D1a-2 and test piece A-1
对于含有横向安装误差的试件D3A-2,其套管和桩管管壁各个方向的纵向应变分布趋势也并没有随着横向安装误差的出现而发生改变,其总体应变分布趋势依然是套管上部应变大下部应变小,桩管上部应变小下部应变大,如图9所示,这符合了灌浆连接段的传力机制。但由于横向安装误差的影响,套管管壁最上部的应变在90°方向一侧增大了22%,180°方向一侧减小了37%,270°方向一侧减小了4%;桩管管壁最下部的应变在90°方向一侧增大了7%,180°一侧减小了12%,270°一侧增大了9%,这说明横向安装误差较明显地改变了灌浆连接段的应变分布,从而可能改变灌浆连接段在轴向加载下的破坏模式。
Research on Axial Mechanical Properties of the Grouted Connection Section Considering Installation Errors
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.004
- Received Date: 2023-03-30
- Rev Recd Date: 2023-06-01
- Available Online: 2023-07-25
- Publish Date: 2023-07-10
-
Key words:
- grouted connection section /
- installation errors /
- reduced-scale experiment /
- finite element analysis /
- axial mechanical properties
Abstract:
Citation: | CHEN Tao, SHI Huilin, CHEN Cheng, CHEN Ke, YUAN Guokai. Research on Axial Mechanical Properties of the Grouted Connection Section Considering Installation Errors[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2023, 10(4): 32-42. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.004 |