混凝土脱空修复对角钢连接件力学性能影响

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2024.03.010

隧道建设（中英文） ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (3): 526-534.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2024.03.010

混凝土脱空修复对角钢连接件力学性能影响

郭亚唯1，金文良2，宋神友2，付佰勇1

（1. 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，北京 100088； 2. 深中通道管理中心，广东中山 528400）

出版日期:2024-03-20 发布日期:2024-04-28
作者简介:郭亚唯（1989—），男，河北廊坊人，2017年毕业于大连海事大学，交通运输工程专业，硕士，工程师，现从事高性能材料及结构创新与应用技术研究工作。 Email: guoyawei@bnerc.com。

Impact of Concrete Void Repair on Mechanical Performance of Angle Steel Connectors

GUO Yawei1, JIN Wenliang2, SONG Shenyou2, FU Baiyong1

(1. CCCC Highway Bridges National Engineering Research Centre Co., Ltd., Beijing 100088, China; 2. Shenzhen-Zhongshan Link Management Center, Zhongshan 528400, Guangdong, China)

Online:2024-03-20 Published:2024-04-28

摘要/Abstract

摘要： 为探索钢壳混凝土角钢连接件根部混凝土脱空对连接件抗剪性能的不利影响，提出合理的脱空修复方法，基于深中通道沉管隧道角钢连接件的局部构造，以脱空形状、脱空修复和混凝土强度为变化参数，设计8组足尺推出试件，并开展抗剪性能试验和有限元模拟分析。分析显示： 1）普通混凝土试件先在角钢内部发生混凝土压溃破坏，试件破坏模式受脱空形式及脱空修复影响不明显； 2）脱空对角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度均有削弱影响，三棱柱整体脱空时角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度可折减32.8%和76.9%； 3）脱空修复对角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度有提升作用，但由于修复料与脱空界面间难以协同受力，性能提升效果并不显著； 4）〖JP+2〗考虑脱空处未修复，用超高性能混凝土替换普通混凝土时，推出试件的抗剪承载力较未脱空时提高77%，抗剪刚度较脱空时折减8.9%； 5）超高性能混凝土的优良力学性能使角钢连接件的抗剪承载力得到明显提高，但由于脱空导致角钢连接件出现较大变形，因此无法有效提升脱空时的抗剪刚度； 6）提高修复料力学性能对改善三棱柱脱空修复后的承载性能影响不明显。

关键词: 钢壳混凝土, 脱空修复, 角钢连接件, 力学性能, 三棱柱脱空, 沉管隧道, 推出试件, 超高性能混凝土, 有限元模拟

Abstract: The authors investigate how concrete voids located at the base of steelshelled concrete angle connectors affect their shear performance and propose an effective repair method for these voids. Focusing on the angle steel connectors in the immersed tunnel of the Shenzhen－Zhongshan link, eight fullscale test specimens are designed. Shear performance tests and finite element simulations are conducted with varying parameters such as void shape, void repair, and concrete strength. The findings reveal that: (1) In ordinary concrete specimens, crush damage primarily occurs within the angle′s internal concrete, with the damage mode being minimally influenced by the void form and repair. (2) Concrete voids significantly reduce the shear bearing capacity and stiffness of angle steel connectors, with reductions of up to 32.8% and 76.9%, respectively, in specimens with a triangular prism void. (3) While void repair enhances the shear load capacity and stiffness of the connectors, the improvement is limited due to the challenges in achieving cohesive bonding between the repair material and the void interface. (4) Substituting ordinary concrete with ultrahigh performance concrete (UHPC) without repairing the void increases the shear bearing capacity of the specimen by 77% compared to those without voids. However, the shear stiffness is decreased by 8.9% compared to specimens with voids. (5) Despite UHPC′s superior mechanical properties, it cannot effectively increase the shear stiffness due to significant deformation in the angle steel connectors caused by the voids. (6) Finite element analysis indicates that improving the mechanical properties of the repair material does not significantly enhance the shear bearing capacity postvoid repair in triangular prismshaped voids.

Key words: steelshell concrete, void repair, angle steel connectors, mechanical property, triangular prism void, immersed tunnel, launch specimen, ultrahigh performance concrete, finite element simulation

郭亚唯, 金文良, 宋神友, 付佰勇. 混凝土脱空修复对角钢连接件力学性能影响[J]. 隧道建设, 2024, 44(3): 526-534.

GUO Yawei, JIN Wenliang, SONG Shenyou, FU Baiyong.

Impact of Concrete Void Repair on Mechanical Performance of Angle Steel Connectors [J]. Tunnel Construction, 2024, 44(3): 526-534.

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