UHPC在預制裝配橋墩中的應用研究目錄TOC\o"1-3"\h\u170231緒論 429471.1研究背景與應用 4168341.2研究現(xiàn)狀 4236371.3研究內(nèi)容與方法 5166662相關概念與理論 6286712.1UHPC材料 670792.2UHPC在橋梁工程中應用 6163473基于UHPC材料的橋墩抗震性能試驗方案 8115593.1試驗概況 8105533.1.1試驗目的 8133303.1.2試件設計 8300913.1.3試驗參數(shù) 10116473.1.4試件制作 11269363.2材料性能 13167043.2.1鋼筋 13137633.2.2混凝土 13183933.2.3灌漿料 14210933.2.4半灌漿套筒 153243.3測量內(nèi)容和測點布置 1557163.4加載裝置及加載制度 1527053.4.1加載裝置 1626243.4.2加載制度 16209764試驗結(jié)果分析 16212084.1XJD試件 179364.2YZD-M試件 19256824.3YZD-T試件 21327605結(jié)論 2328486參考文獻 251緒論1.1研究背景與應用大約在1950年，預制構件在中國開始投入生產(chǎn)和使用。當時的預制構件大多是現(xiàn)場預制，養(yǎng)護完畢后在現(xiàn)場吊裝成型，工藝還較為簡陋。1970年前后，全國各地出現(xiàn)了大量的預制廠，此時已經(jīng)可以預制出許多結(jié)構復雜的構件。1975年前后，國家政策的不斷推進再次使該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進入高潮。到1985年左右，全國已有大量的預制廠家，預制構件的生產(chǎn)基本實現(xiàn)以機械作業(yè)為主的流水線式的生產(chǎn)模式，預制水平有了很大的提高。到上世紀90年代，很多預制廠由于產(chǎn)品供需不平衡，無利可圖，漸漸到了難以為繼的地步，因此我國預制構件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在當時漸漸陷入了低谷。近年來，綠色環(huán)保已漸漸成為時代關注的重點之一，而裝配式建筑非常符合時代發(fā)展的方向，因此人們又開始大力倡導發(fā)展該產(chǎn)業(yè)。隨著對橋梁工程標準化、工業(yè)化以及裝配化的現(xiàn)實需求日益提升，目前現(xiàn)有裝配式建筑存在的施工質(zhì)量不易控制、施工過程繁瑣以及耐久性差等諸多問題以不能滿足工程建設要求，仍需要進一步改進。在現(xiàn)有裝配式建筑的基礎上，發(fā)展具有施工條件好、使用性能優(yōu)異、高耐久性的高性能裝配式建筑結(jié)構是重要的發(fā)展方向。UHPC超高性能混凝土以及FRP纖維增強聚合物材料等許多新型材料已在橋梁工程中得到了廣泛的應用。如何在工廠標準化預制裝配式橋墩中充分利用新材料性能是目前裝配式橋梁工程中的主要方向。由于裝配式結(jié)構存在較多的接縫，因此接縫處部位的可靠連接是這一工藝的關鍵。對此，人們研究并提出了許多種鋼筋連接方法，灌漿套筒連接便是其中較為常用的一種。半灌漿套筒的尺寸和定位精度高，需要的灌漿材料也并不多，所以在工程中應用較為廣泛。在實際工程中，橋墩按實際需要可能需要將墩身一分為二運到現(xiàn)場進行組裝，或?qū)⒍丈砼c蓋梁分開制作再運到現(xiàn)場拼裝，而對于套筒預埋在墩身和墩頂與蓋梁連接處的研究非常少，其抗震性能和破壞機理并不明確，限制了預制裝配橋墩在地震區(qū)的推廣應用。所以采用此種連接方式的預拼橋墩的應用還僅限于低烈度區(qū)域，在低烈度以上區(qū)域的應用受到了限制。本文的研究意義：（1）研究UHPC應用半灌漿套筒連接方式下預拼橋墩結(jié)構的抗震性能，分析連接位置和軸壓比對其破壞形態(tài)、延性、耗能及承載能力等指標的影響，給地震區(qū)此類結(jié)構的應用提供一定的參考；（2）本文研究為UHPC在橋墩結(jié)構的應用奠定了理論基礎，以保障橋梁在地震地區(qū)的結(jié)構安全，推進我國橋梁下部結(jié)構由現(xiàn)澆工藝向預拼工藝的發(fā)展。1.2研究現(xiàn)狀我國在1960年左右開始對預制橋梁上部結(jié)構拼裝技術進行研究，至今已有大約60年的歷史，目前施工工藝已經(jīng)初步發(fā)展成熟，可實現(xiàn)在工程實際中大量采用空心板梁、T形梁、小箱梁、預制橋面板等。我國對預制拼裝技術在橋梁下部結(jié)構的研究起步較晚，到1990年前后才開始預拼橋墩的研究并陸續(xù)應用到工程實際中，隨后節(jié)段拼裝技術在上海、杭州，臺灣、北京等都多地得到了廣泛的應用。王志強等（2018）對節(jié)段拼裝橋墩的研究進展進行了總結(jié)，指出了目前研究存在的不足以及后續(xù)開展研究的方向，得出了開展預制橋梁抗震性能的研究是需要盡快解決的工程實際問題的結(jié)論。并以灌漿套筒連接的預制拼裝橋墩試件為研究對象，對其進行抗剪性能及相關試驗研究，分析了試件的荷載-位移響應、受力損傷過程及破壞模式，同時探討了是否設置剪力鍵及無黏結(jié)預應力筋對預拼橋墩抗剪性能的影響。結(jié)果表明，這種橋墩的破壞主要為彎剪破壞，其抗剪能力與現(xiàn)澆試件的抗剪性能非常相似。高聰（2015）設計制作了2個混凝土節(jié)段預制拼裝橋墩，將整個柱身均勻劃分為幾個節(jié)段并對其進行靜載試驗，且進行數(shù)值模擬，將模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進行對比，討論構件在破壞過程中的受力情況，最后根據(jù)試驗結(jié)果改進預制橋墩的構造。試驗中出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象表明節(jié)段預制拼裝墩的破壞與整體現(xiàn)澆墩的差異并不大，結(jié)構整體的破壞都是始于接縫層附近。劉少乾（2014）設計了兩組節(jié)段拼裝混凝土橋墩，每個橋墩試件平均分成4個節(jié)段，采用自密實混凝土進行澆筑，預應力筋進行連接，最后進行擬靜力試驗，同時利用OPENSEES軟件進行模擬。結(jié)果表明試件的破壞形式均為典型的彎曲破壞，且第一節(jié)段接縫處混凝土最早達到其極限壓應變，總是最先破壞，破壞時箍筋和縱筋均未達到極限強度，試驗結(jié)果還表明，橋墩的損傷是造成預應力損失的主要因素之一。樊澤等（2019）為了研究套筒在墩底的連接位置對橋墩抗震性能的影響，利用ABAQUS軟件分別對套筒預埋于橋墩和基礎這兩種位置進行建模分析，并設置整體現(xiàn)澆試件為對照組。結(jié)果表明，兩種套筒連接位置的預制墩與現(xiàn)澆橋墩的抗震性能基本相當。劉陽（2020）根據(jù)廣東省的一座裝配式橋墩的尺寸，按1:4的縮尺比例制作了三組試件，分別是2個整體現(xiàn)澆試件和4個采用套筒連接的橋墩試件，并對三組試件分別進行擬靜力試驗以及單向加載試驗。同時還采用ABAQUS軟件對上述3組橋墩進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明，橋墩試件的破壞主要發(fā)生在墩柱與承臺連接處，且破壞時與套筒相連的鋼筋達到屈服強度，但套筒尚未屈服，可見采用套筒連接的橋墩也能和現(xiàn)澆橋墩一樣保證結(jié)構整體受力。1.3研究內(nèi)容與方法本文計劃采用文獻研究法和實例研究法展開《UHPC在預制裝配橋墩中的應用研究》論文工作。UHPC材料作為新型材料在裝配式橋梁發(fā)展中的應用處于起步階段，UHPC節(jié)段預制拼裝梁橋也是近幾年逐漸興起。作為有望給傳統(tǒng)裝配式橋梁技術帶來革命性變化的橋梁形式，關于UHPC節(jié)段預制拼裝梁橋甚至是UHPC梁橋相關的設計規(guī)范和設計經(jīng)驗是少之又少。文獻資料的梳理為本研究明確UHPC在預制裝橋墩中的應用的總體設計要點，與整體現(xiàn)澆橋墩相比，預制節(jié)段拼裝橋墩在地震荷載作用下具有良好的自復位能力，但承載力低、耗能能力差且底節(jié)段混凝土易產(chǎn)生損傷甚至是破壞，影響其安全運營。因此，提高預制節(jié)段拼裝橋墩的抗震性能，減少底節(jié)段內(nèi)混凝土的損傷，具有重要的研究意義，對CFRP加固技術快速運用到預制拼裝橋墩加固中起到重要推動作用，這也是本文研究的又一內(nèi)容，本文將從已建的UHPC橋梁橋墩的案例展開梳理，找出符合UHPC材料特點的參數(shù)取值。同時通過查閱國內(nèi)外學者的文獻，總結(jié)出國內(nèi)外在預制節(jié)段拼裝橋墩方面的應用現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀以及開展的相關實驗，歸納出現(xiàn)階段在預制節(jié)段拼裝橋墩研究的重點和不足，進而表明本文研究的主要目的和內(nèi)容，可以為UHPC在預制裝橋墩中的標準化設計和工業(yè)化生產(chǎn)起到一定的借鑒意義。2相關概念與理論2.1UHPC材料超高性能混凝土（UHPC）以前被稱作活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC），由法國公司布依格（Bouygues）最早研發(fā)，是一種具有超高性能的水泥基復合材料。RPC材料研發(fā)之處便申請了專利，具有一定的商業(yè)產(chǎn)品的特點。法國學者DeLarrard為了避免專利商業(yè)侵權，同時為了更好地研究和發(fā)展這種材料，在1994年，將這類新型材料稱作超高性能混凝土（UItra-HighPerformanceConcrete，UHPC）。UHPC材料主要的配合成分包括水泥、石英砂、硅灰、鋼纖維以及各類高效減水劑等。根據(jù)Horsfield模型、Aim&Goff模型S、tovall模型這三種最為經(jīng)典的最大堆積密度模型進行UHPC配合比設計，能夠達到減少水分以及空氣其內(nèi)部的填充比例，最終獲得理論上密實度最高的材料，從而實現(xiàn)低水膠比、低孔隙率，達到超高強度和超高耐久性的目的。超高性能混凝土的主要特點有：（1）UHPC材料具有高強度、高耐久性的特點。UHPC材料的配合組分以及配制機理，實現(xiàn)了低水膠比、低孔隙率，材料密實度高，游離水幾乎為零。因此，與普通混凝土相比，UHPC具有超高的強度以及超高的耐久性能。（2）UHPC材料具有較高的材料韌性。UHPC材料摻入比重較大的鋼纖維，鋼纖維長短不一，使材料的斷裂能達到20000~40000J/m2。與普通混凝土相比，UHPC材料斷裂能高出兩個數(shù)量級以上，抗折強度也高出一個數(shù)量級。（3）UHPC材料具有良好的流動性。UHPC材料工作性能接近自流平混凝土，跳桌流動度達200mm以上。與普通混凝土相比，在薄壁構件的制作中，UHPC材料能充盈到模板各個位置，結(jié)構質(zhì)量高。2.2UHPC在橋梁工程中應用超高性能混凝土（UHPC）以前被稱作活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC），由法國公司布依格（Bouygues）最早研發(fā)，是一種具有超高性能的水泥基復合材料。RPC材料研發(fā)之處便申請了專利，具有一定的商業(yè)產(chǎn)品的特點。法國學者DeLarrard為了避免專利商業(yè)侵權，同時為了更好地研究和發(fā)展這種材料，在1994年，將這類新型材料稱作超高性能混凝土（UItra-HighPerformanceConcrete，UHPC）。UHPC材料具有優(yōu)秀的力學性能和良好的耐久性，自從其問世以來，已經(jīng)被廣泛的應用于公共建筑、海洋水利工程、大跨橋梁以及機場工程等領域。在橋梁工程領域，UHPC材料主要應用于主梁、拱橋主拱、橋面板、橋梁接縫及橋梁加固等方面。據(jù)不完全統(tǒng)計，包括法國、澳大利亞、日本、美國、瑞士、中國等國家在內(nèi)，已有超過400座橋梁采用了UHPC材料（見表2.1），其中超過200座采用UHPC材料作為橋梁的主要受力構件。表2.1UHPC在橋梁工程中的應用時間橋梁名稱國家結(jié)構體系跨度（m）UHPC應用位置1997SherhrookeFootbridge加拿大桁架橋60桁架弦桿、橋面板2002Sunyudo（Peace）Footbridge韓國中承式拱橋120主拱2007G?rtnerplatzFootbridge德國桁架橋36桁架弦桿、橋面板2010WildBridge奧地利上承式拱橋70箱形拱肋2014Batu6Bridge馬來西亞預應力箱梁橋100預制節(jié)段箱梁2016長沙北辰虹橋中國預應力連續(xù)箱梁橋36.8預制節(jié)段箱梁2020南京長江五橋中國組合梁斜拉橋600組合梁橋面板目前UHPC材料已在橋梁工程中得到了廣泛應用。值得注意的是，在表1所述的UHPC應用于主體結(jié)構的橋梁中，70%以上為預制結(jié)構。與上部結(jié)構的預制裝配而言，混凝土橋梁的下部結(jié)構預制拼裝工藝發(fā)展相對較晚。但橋墩作為下部結(jié)構的主要承重構件，一直是橋梁設計和施工的關注重點。橋墩預制裝配化也是橋梁全預制裝配的關鍵環(huán)節(jié)之一。隨著近年來橋梁工程中對預制拼裝橋墩的需求的提高，學術界對預制拼裝橋墩的研究逐漸增加。高性能新材料的使用是提高結(jié)構性能的重要途徑。然而，高性能新材料通常伴隨著高成本，這又限制了其大規(guī)模應用于土木工程結(jié)構中。預制裝配工藝設計與施工相對靈活，可以在預制構件中使用傳統(tǒng)材料，在連接構造上使用高性能新材料。一方面利用高性能新材料改善連接節(jié)點性能，另一方面降低高性能新材料的使用率，獲取更好的經(jīng)濟效益。目前，應用于預制裝配式橋墩的新材料主要有超高性能混凝土、纖維增強復合材料、形狀記憶合金等。本課題研究主要依托S市城建委科研項目“鋼筋套筒灌漿連接件優(yōu)化設計及其對預制裝配式混凝土梁橋抗震性能影響研究”而開展，主要研究內(nèi)容：采用UHPC材料連接的裝配式橋墩抗震性能研究，即設計并制作了3個軸壓比為0.2的混凝土橋墩結(jié)構縮尺模型，對其進行低周往復加載試驗，其中2個為半灌漿套筒連接預制拼裝橋墩，1個為現(xiàn)澆橋墩。并對試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，評估了半灌漿套筒連接方式下預拼橋墩構件的抗震性能。3基于UHPC材料的橋墩抗震性能試驗方案3.1試驗概況3.1.1試驗目的制作一個整體現(xiàn)澆式橋墩和兩個套筒連接的預拼橋墩并施加低周往復荷載，在同樣條件下將半灌漿套筒連接裝配式墩和現(xiàn)澆墩的抗震能力進行對比，研究此種連接方式下預拼橋墩的抗震性能。本試驗的主要量測內(nèi)容如下：（1）蓋梁側(cè)面加載點處的水平反力和水平位移；（2）裂縫的出現(xiàn)和開展情況，以及裂縫走向；（3）墩身底部縱向鋼筋的變形。3.1.2試件設計試驗共設計1個整體現(xiàn)澆式混凝土橋墩和2個半灌漿套筒連接的預拼混凝土橋墩，試件包括墩身、承臺和蓋梁三部分。三個試件均采用標號為C40的超高性能混凝土。箍筋采用HPB300級，主筋采用HRB400級。按一類一般環(huán)境，承臺保護層厚度取40mm，墩身和蓋梁保護層厚度取30mm。其中，半灌漿套筒處的混凝土凈保護層厚度為30mm，套筒凈間距為120mm，主筋混凝土凈保護層厚度為45mm。試件尺寸根據(jù)S市航空路立交匝道橋某橋墩圖紙（如圖3-1所示）按1:6的縮尺比例取值并根據(jù)實驗室實際條件進行適當調(diào)整。墩身下部承臺為1200mm×535mm×420mm，墩身高1220mm，每個試件總高度為2105mm，蓋梁尺寸為600mm×350mm×350mm。預制墩身的中部或頂部預留灌漿孔和出漿孔用于灌注灌漿料至預埋套筒中。試件構造圖如圖3-2所示。圖3-1航空路立交匝道橋墩身圖紙(a)整體現(xiàn)澆(b)套筒預埋于中部(c)套筒預埋于頂部(d)墩身截面配筋(e)套筒處截面配筋圖3-2試件構造圖試驗中使用的半灌漿套筒套筒如圖3-3所示。圖3-3半灌漿套筒連接件承臺主筋分為三層，分別在承臺箍筋頂部、中部和底部，共布置6C16受力鋼筋，承臺箍筋布置為8φ10@100。墩身豎向受力鋼筋配筋為6C16，其中長邊配筋為3C16@160，短邊配筋為2C16@150。箍筋加密區(qū)的間距為50mm，位于墩身底部至中部之間，其余箍筋的間距為100mm。每個構件的承臺均預埋兩段外徑為75mm的PVC管。三個試件配筋如圖3-4所示：(a)整體現(xiàn)澆(b)套筒預埋于中部(c)套筒預埋于頂部圖3-4試件配筋圖兩個預制試件連接處均設置20mm厚的水平接縫層。3.1.3試驗參數(shù)本試驗的研究關鍵參數(shù)為套筒連接的位置。試驗軸向壓力大小通過軸壓比來確定，其中軸壓比的計算方法如下式（3-1）所示。 （3-1）式中：——柱頂施加的軸向壓力值；——混凝土的棱柱體抗壓強度；——柱身的截面面積。本試驗設計軸壓比為0.2，對應試驗中蓋梁處施加軸力為0.2×19.1×420×250=401kN，取400kN。3個試件編號分別為XJD、YZD-M、YZD-T。預制橋墩試件分上下兩部分進行澆筑。墩身中部預留相同數(shù)量（6根0的插筋，并分別在墩身中部和蓋梁處預埋半灌漿套筒連接件。試件的相關信息匯總?cè)缦卤?-1所示：表3-1試件數(shù)量設計構件編號水平縫連接方式澆筑方式接縫位置軸壓比養(yǎng)護XJD無套筒整體無接縫0.242dYZD-T套筒連接分別澆筑在墩頂處0.242dYZD-M套筒連接分別澆筑墩身中部0.242d3.1.4試件制作試件制作包括支模板、模板加固、模板打孔、鋼筋籠加工、應變片連接、預埋管道設置、砼澆筑、構件起吊、設置接縫層、套筒灌漿、接縫層養(yǎng)護等步驟。試件制作過程如圖3-5所示：(a)制作好的模板(b)模板加固(c)半灌漿套筒(d)鋼筋籠綁扎(e)鋼筋籠綁扎(f)鋼筋籠綁扎(g)應變片粘貼(h)應變片粘貼(i)混凝土澆筑(j)混凝土澆筑(k)頂部預埋套筒試件預吊裝(l)中部預埋套筒試件預吊裝(m)中部接縫層(n)頂部接縫層圖3-5試件制作全過程3.2材料性能3.2.1鋼筋試驗中用到的鋼筋共有2種，正式使用前先根據(jù)規(guī)范要求將每種規(guī)格的鋼筋都預留一定數(shù)量的試件，并在專門的試驗機器上進行單軸拉伸試驗，結(jié)果如表3-2所示。表3-2鋼筋力學性能參數(shù)鋼筋類型直徑(mm)fy(MPa)Fb(MPa)Es(GPa)HPB30010382.0543.2190.35HRB40016453.0651.8203.583.2.2混凝土本次試驗采用的混凝土的實際強度等級通過制作相應的立方體試件進行測試確定。在正式開始試驗之前先根據(jù)規(guī)范對立方體試件進行加載，試驗結(jié)果如下表3-3所示。表3-3混凝土力學參數(shù)記錄表150mm立方體試件試塊強度(Mpa)棱柱體強度(Mpa)Ec(N/mm2)試塊140.230.5531265試塊244.333.6732197試塊341.631.6231599試驗采用值42.0331.9531687考慮到橋墩試件在受力方面與立方體標準試件的差別，因此本文基于安全應當對混凝土強度取偏低值，并據(jù)此確定相應的彈性模量。故根據(jù)規(guī)范，采用下式（3-2）計算混凝土的實際強度： （3-2）混凝土實際的彈性模量采用下列式子（3-3）確定： （3-3）3.2.3灌漿料用于注漿的材料采用恒邦有限公司生產(chǎn)的專用灌漿料。該材料的特點均符合規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)廠家提供的檢驗結(jié)果，其主要技術參數(shù)如下表3-4所示。表3-4灌漿料性能參數(shù)序號檢驗項目單位質(zhì)量指標檢驗結(jié)果1初始流動度mm≥300450230min流動度mm≥2603503泌水率%0041d抗壓強度MPa≥354553d抗壓強度MPa≥6085628d抗壓強度MPa≥8511573h豎向膨脹率%0.02~20.05824h與3h豎向膨脹率差值%0.02~0.40.19泌水率%0010氯離子含量%≤0.030.01在試件澆筑混凝土當天，為了確定灌漿料的強度，因此制作3個標準試塊，試塊的尺寸為，養(yǎng)護結(jié)束后，用專門的機器對試塊進行加載。試驗裝置及加載過程如圖3-6所示。以編號1、2、3用于三個試塊試驗數(shù)據(jù)的區(qū)分。圖3-6試驗加載過程灌漿料的實測數(shù)值如表3-5所示。表3-5灌漿料實測數(shù)值灌漿料試件編號抗壓強度(MPa)彈性模量(GPa)189.3215.26291.6815.56390.2415.39取值90.4115.403.2.4半灌漿套筒試驗中使用的半灌漿套筒全部由恒邦有限公司提供，為圓柱形套筒，其基本數(shù)據(jù)如下表3-6所示。表3-6套筒基本數(shù)據(jù)（單位：mm）連接件各部位參數(shù)總長度L(mm)174套筒材質(zhì)45#鋼管外徑D38.5螺紋精度6H內(nèi)徑D132.5螺距2.5壁厚B3.5牙型角75錨固段環(huán)形突起部分內(nèi)徑28.5剪力槽數(shù)量4螺紋端鋼筋直徑16螺紋孔深度L226灌漿端鋼筋直徑16灌漿端鋼筋插入深度1283.3測量內(nèi)容和測點布置位移測量內(nèi)容主要是蓋梁側(cè)面中心處的荷載-位移數(shù)據(jù)，在加載過程中儀器可以對力和位移進行采集，因此不另外設置位移計進行測量。鋼筋的應變通過在試件墩底和墩身鋼筋表面中粘貼的應變片進行測量，應變片采用較小規(guī)格的型號，導線長度約為2.5米。粘貼應變片時，首先打磨鋼筋表面的相應位置，然后使用砂紙將打磨面仔細磨平整，接著將打磨面上的雜質(zhì)清理干凈，最后便是應變片的粘貼。應變片粘貼好以后還需要采取保護措施，如用環(huán)氧樹脂膠進行包裹。三個試件各布置14個縱筋應變片，粘貼在長邊兩側(cè)的縱筋上，縱筋應變片編號從下到上為1~14，詳情如圖3-7所示：圖3-7鋼筋應變計布置圖 3.4加載裝置及加載制度3.4.1加載裝置試驗開始之前首先在墩身劃分50mm×50mm網(wǎng)格以便觀察。加載裝置如圖3-11所示。圖3-11加載裝置示意圖試件底部設有混凝土承臺，試件通過混凝土承臺預留的兩個孔洞使用錨桿和螺栓與地面的預留孔洞連接，以此模擬墩底固結(jié)的邊界條件。過程中，由水平作動器控制端采集加載點處的荷載-位移值，采用儀器收集應變片數(shù)據(jù)，通過專門的控制端控制千斤頂?shù)募虞d。3.4.2加載制度試驗之前由測得的混凝土標準試塊強度并結(jié)合試件的尺寸和配筋，可計算得開裂荷載約47kN，屈服荷載約為71kN。本試驗從水平和豎直兩個方向進行加載。混凝土為C40，因此試件施加的軸向壓力根據(jù)軸壓比0.2計算為0.2×fc×b×h=401.1kN，試驗時豎向壓力按400KN進行加載。試驗開始時，首先對豎向荷載進行預加載，完成后若一切正常方可進行正式加載，并保持荷載大小恒定不變。接著進行水平荷載的加載。首先預加10KN預加載值。若一切正常便可開始正式加載，以2mm的漲幅逐漸施加到開裂荷載并記錄觀察。加載至構件屈服后改用屈服位移進行加載。隨后每個階段的位移取該屈服位移的，按3周進行加載，加載時實時進行裂縫觀測。加載至試件經(jīng)破壞后停止試驗，試驗結(jié)束。4試驗結(jié)果分析4.1XJD試件前4級加載按△=4、6、8、10mm進行加載，每級循環(huán)加載一次。當加載至8mm時，墩身出現(xiàn)數(shù)條微小裂縫，隨著加載的進行，裂縫快速出現(xiàn)閉合，當加載至10mm時，裂縫完全閉合。第5級循環(huán)按△=20mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面距離墩底約200mm處，左右兩側(cè)分別出現(xiàn)一條長約100mm的水平裂縫。正面左側(cè)距離墩底約360mm處出現(xiàn)一條裂縫，長度約為150mm，該裂縫最初開展的100mm為水平裂縫，隨后往下開展50mm成為斜裂縫。正面右側(cè)距離墩底約440mm處出現(xiàn)一條長約150mm的水平裂縫，裂縫的開展已接近中部。墩身右側(cè)距離墩底約650mm處出現(xiàn)一條長約150mm的斜裂縫。墩底處出現(xiàn)一條環(huán)繞整個墩底的裂縫，試件左側(cè)距墩底約200mm、360mm處各出現(xiàn)一條水平裂縫，右側(cè)距墩底約150mm處出現(xiàn)一條水平裂縫。裂縫開展情況如圖4-1所示。(a)(b)(c)圖4-1第5級循環(huán)加載裂縫開展情況第6級循環(huán)按△=30mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面距離墩底約150mm處出現(xiàn)一條斜向裂縫，以45°角向右上方發(fā)展，長度約為130mm。同時在距墩底約180mm處出現(xiàn)一條向右下方發(fā)展的斜裂縫，長度約為140mm。在墩身正面底部右下角出現(xiàn)一條豎向裂縫，長度約為120mm。左側(cè)距墩底約360mm和距墩底約620mm處分別出現(xiàn)一條250mm長的水平裂縫，右側(cè)距墩底約50mm高度的位置出現(xiàn)一條長約100mm的斜裂縫。裂縫開展如圖4-2所示。第7級循環(huán)按△=40mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面墩底出現(xiàn)混凝土局部壓碎剝落，墩底出現(xiàn)兩條豎向裂縫，長度約為100mm，同時出現(xiàn)一條斜裂縫，長度約為70mm，并與其中一條豎向裂縫相交。墩身距離墩底400~500mm范圍內(nèi)出現(xiàn)兩條斜裂縫，長度分別為100mm和160mm左右。左右兩側(cè)除墩底原有裂縫稍有擴展外，無新增裂縫。第8級循環(huán)按△=50mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面墩底右下角150mm范圍內(nèi)混凝土局部壓碎脫落，墩底中部原先的裂縫往中心擴展約80mm，墩身距墩底約200~300mm范圍內(nèi)新增一條斜裂縫，長約60mm，墩底左側(cè)出現(xiàn)一條長約70mm的豎向裂縫。試件左側(cè)墩身除底新增一條長約70mm的豎向裂縫外，無明顯新增裂縫，墩底混凝土局部受壓崩壞。試件右側(cè)墩身從墩底至距墩底220mm左右的范圍內(nèi)新增數(shù)條斜裂縫，底部混凝土局部壓碎剝落。裂縫開展情況如圖4-3所示。(a)(b)(c)圖4-2第6級循環(huán)裂縫開展(a)(b)(c)圖4-3第8級循環(huán)裂縫開展第9級循環(huán)△=60mm進行加載，循環(huán)加載3次。正面墩底以上300mm范圍內(nèi)出現(xiàn)4條豎向裂縫，長度在100~200mm左右，底部右側(cè)混凝土進一步壓碎脫落，左側(cè)壓碎程度明顯較小，混凝土表面有角塊剝落。試件左側(cè)墩底出現(xiàn)一條豎向裂縫，長約200mm。第10級循環(huán)按△=70mm進行加載，循環(huán)加載3次。試件墩底兩側(cè)混凝土成塊脫落，墩底往上150mm范圍內(nèi)出現(xiàn)數(shù)條豎向裂縫，試件兩側(cè)未見明顯新增裂縫。觀察實時滯回曲線，可以看出此時承載力小于峰值承載力的85%，試件破壞，停止試驗。(a)(b)(c)圖4-4試件破壞4.2YZD-M試件前4級加載按△=4、6、8、10mm進行加載，每級循環(huán)加載一次。當加載至6~10mm時，墩身出現(xiàn)數(shù)條微小裂縫，隨著加載的進行，裂縫快速出現(xiàn)閉合，當加載至10mm停下觀察時，試件右側(cè)距墩底約300mm范圍內(nèi)出現(xiàn)一條長約130mm的水平裂縫。第5級循環(huán)按△=20mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面距離墩底約300mm處出現(xiàn)一條水平裂縫，長約420mm，墩底出現(xiàn)一條水平裂縫，長約250mm。試件左側(cè)和右側(cè)距離墩底約300mm處各出現(xiàn)一條長約250mm和130mm的裂縫，左側(cè)墩底出現(xiàn)一條長約250mm的水平裂縫，右側(cè)墩身距墩底150~200mm內(nèi)出現(xiàn)一條長約250mm的水平裂縫。裂縫開展如圖4-5所示。(a)(b)(c)圖4-5第5級加載裂縫分布第6級循環(huán)按△=30mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身中部接縫層位置出現(xiàn)一條長約200mm的水平裂縫，從邊緣向中間開展，在中部往下延伸約40mm，同時在中部接縫層處出現(xiàn)一條斜裂縫，向左下方開展，長約300mm。中部接縫層往上150mm處出現(xiàn)一條水平裂縫，長約270mm。墩身距離墩底約200mm處出現(xiàn)一條長約230mm的水平裂縫，墩底角部0~100mm范圍內(nèi)出現(xiàn)一條斜裂縫，長約120mm。第8級循環(huán)按△=50mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身中部距墩底300~350mm范圍內(nèi)出現(xiàn)一條水平裂縫和一條斜裂縫，長度約為100mm，墩底一端角部混凝土出現(xiàn)局部壓碎剝落，另一端角部出現(xiàn)斜裂縫，長度約為60mm。中部接縫層往上100mm范圍內(nèi)出現(xiàn)一條斜裂縫，長度約為100mm。試件左側(cè)墩底裂縫開展程度加深，角部混凝土壓碎脫落，并新增一條水平裂縫和一條斜裂縫，在距墩底約300mm處出現(xiàn)兩條長約50mm的水平裂縫。試件右側(cè)距墩底350mm及400mm處分別出現(xiàn)一條水平裂縫，長度約為110mm和420mm。底部黃凝土局部壓，整塊剝落。裂縫開展情況如圖4-6所示。第10級循環(huán)按△=70mm進行加載，循環(huán)加載3次墩底往上200mm范圍內(nèi)，左右兩側(cè)混凝土整塊壓碎剝落，試件右側(cè)墩身出現(xiàn)一條長約250mm的豎向裂縫以及一條長約70mm的水平裂縫，在距墩底約250mm處出現(xiàn)一條水平裂縫，貫穿整個截面。試件左側(cè)和正面無明顯新增裂縫，墩底以上300mm范圍內(nèi)混凝土壓碎剝落嚴重。觀察實時滯回曲線可以看出，試件的承載力小于峰值承載力的85%時，停止試驗。試件破壞如圖3-8所示。(a)(b)(c)圖4-6第8級加載裂縫分布(a)(b)(c)圖4-7試件破壞4.3YZD-T試件前4級加載按△=4、6、8、10mm進行加載，每級循環(huán)加載一次。加載至10mm停下觀察，距墩底約200mm處出現(xiàn)一條長約150mm的水平裂縫，試件左右兩側(cè)未見明顯裂縫。第5級加載按△=20mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面距墩底350mm處出現(xiàn)兩條水平裂縫，并分別延伸至左右側(cè)兩截面，其中向中部發(fā)展，并往下延伸形成斜裂縫。距離墩底200mm處的水平裂縫往右側(cè)延伸250mm，距墩底約560mm高度處新增一條水平裂縫并水平延伸至試件右側(cè)。試件裂縫開展如圖4-8所示。(a)(b)(c)圖4-8△=20mm裂縫分布第6級加載按△=30mm進行加載，循環(huán)加載3次。試件正面墩底出現(xiàn)3條長約100mm的豎向裂縫，墩底角部出現(xiàn)局部混凝土剝落，且在墩身底部與承臺交界處出現(xiàn)一條長約420mm的水平裂縫。墩身距墩底約230mm處和350mm處的裂縫分別向左延伸擴展成斜裂縫，試件左側(cè)截面距墩底約600mm高度處新增數(shù)條長約50mm的水平裂縫，墩底混凝土出現(xiàn)局部壓碎。試件右側(cè)墩底出現(xiàn)局部壓碎和一條長約250mm的水平裂縫。墩身背面距離墩底約400mm范圍內(nèi)出現(xiàn)兩條斜裂縫，長約300mm。第8級加載按△=50mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身距離墩底約600mm處出現(xiàn)一條水平裂縫，往試件中心擴展并向下延伸形成斜裂縫。正面墩底角部混凝土壓碎程度加深，并出現(xiàn)混凝土整塊剝落。試件左側(cè)墩底0~50mm范圍內(nèi)出現(xiàn)數(shù)條豎向裂縫，早0~150mm范圍內(nèi)出現(xiàn)一條斜裂縫。墩底混凝土局部壓碎，整塊脫落。試件右側(cè)墩底往上0~150mm范圍內(nèi)出現(xiàn)一條斜裂縫，墩底混凝土保護層整塊脫落，局部壓碎嚴重。(a)(b)(c)圖4-9YZD-T裂縫開展第9級加載按△=60mm進行加載，循環(huán)加載3次。墩身正面距墩底100~350mm范圍內(nèi)出現(xiàn)數(shù)條斜裂縫，墩底往上200mm范圍內(nèi)混凝土壓碎剝落嚴重，整塊脫落。試件左側(cè)墩底0~150mm范圍內(nèi)，混凝土嚴重壓碎脫落，出現(xiàn)數(shù)條豎向裂縫。試件右側(cè)混凝土剝落較左側(cè)范圍更大，保護層脫落范圍延伸至距墩底0~350mm范圍，在0~150mm范圍內(nèi)混凝土整塊脫落，出現(xiàn)數(shù)條豎向裂縫及一條長約350mm的斜裂縫。裂縫開展情況如圖3-11所示。(a)(b)(c)圖4-10墩底混凝土破壞從三個試件的試驗現(xiàn)象可以看出，裂縫最先出現(xiàn)的部位并不是在墩底，而是在墩底往上約200~400mm左右。這是因為在加載之初，由于墩身底部與承臺固結(jié)良好，是剛性連接，而墩身出現(xiàn)了一定的彎曲，并且墩身上部的混凝土彎曲程度大于墩底附近的混凝土，從而造成墩底以上200~400mm范圍內(nèi)，表層混凝土應力最早達到抗拉強度并出現(xiàn)裂縫。此后由于循環(huán)加載位移不斷增大，墩身出現(xiàn)了更大彎曲，從而不斷產(chǎn)生新的裂縫。由于混凝土的抗拉強度遠小于抗壓強度，因此墩底的破壞首先是從出現(xiàn)裂縫開始，只有當墩身受壓一側(cè)混凝土達到其抗壓強度，才出現(xiàn)混凝土壓碎剝落的現(xiàn)象。并且由于在加載過程中，墩身底部的彎矩最大，從而導致三個試件在破壞時，總是墩底的混凝土破壞最嚴重，兩側(cè)的混凝土均被壓碎。至于為什么只有墩底出現(xiàn)豎向裂縫，這是因為墩身底部不但應力最大，實際上受到的壓力也是最大，除水平加載施加的拉力和壓力外，還包括豎向千斤頂和墩身自重，因此墩底混凝土由于受壓而出現(xiàn)往四周微膨脹的現(xiàn)象，導致出現(xiàn)豎向裂縫，因此豎向裂縫本質(zhì)上還是由于壓力較大，混凝土產(chǎn)生微膨脹，從而受拉形成的。5結(jié)論本文以基于UHPC材料的灌漿套筒連接預拼橋墩抗震性能為研究對象，對UHPC在預制裝配橋墩中的應用進行探索，設計制作了3個混凝土橋墩縮尺模型，其中2個為半灌漿套筒連接預拼橋墩，1個為現(xiàn)澆橋墩，對3個試件進行擬靜力試驗，主要結(jié)論如下：預拼橋墩與現(xiàn)澆橋墩在水平低周往復荷載作用下的破壞形態(tài)基本一致，表現(xiàn)為明顯的彎曲破壞特征，并且在墩底附近區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)混凝土局部壓碎脫落及裂縫大量開展的現(xiàn)象；三個試件的滯回曲線都比較飽滿，呈現(xiàn)出明顯的捏縮效應，耗能性能良好。基于UHPC材料的灌漿套筒連接預拼橋墩相對于普通混凝土而言，雖然具有結(jié)構自重輕，超高的輕度，韌性以及耐久等諸多優(yōu)點，但其存在的施工工藝要求苛刻以及產(chǎn)品成本造價高的問題一直沒有得到很好的處理。未來，解決這兩點主要制約UHPC材料在城鎮(zhèn)裝配式建筑中的應用最為可行的辦法是結(jié)合BIM技術建立標準化和規(guī)模化的生產(chǎn)制造。

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