风电塔筒装配式混凝土基础节点受力性能研究
摘 要
对风电塔筒支撑式基础进行吸收、改进，结合装配式结构的节点连接技术提出的风电塔筒装配式基础，是一种全预制化、现场只需装配作业的新型装配整体式风机基础，其较于传统风电塔筒扩展式基础有材料用量小、施工工期短的优点。目前，国内外学者已对装配式结构节点连接技术做了大量研究，但风电塔筒装配式基础结构中与传统连接技术不同的后浇带节点及螺栓节点连接仍鲜有研究。针对此问题，首先采用现场试验对试件的荷载-位移曲线、应变、承载力、破坏形态等进行了分析并探究了节点的受力机理：(1)通过4个试件的受弯试验和5个试件的受剪试验分别研究了不同搭接长度、插销钢筋直径对后浇带节点力学性能的影响；(2)通过5个试件的受剪试验、4个试件的受拉试验分别研究了不同螺栓直径、预紧力、抗剪键面积对螺栓节点力学性能的影响。最后采用ABAQUS有限元软件对试件进行模拟并与试验结果进行对比，得到以下结论：
(1)提出了适用于风电塔筒装配式基础结构中钢筋环形搭接的后浇带节点及预埋连接盒式的螺栓节点。
(2)后浇带节点受弯试验表明，增大插销钢筋直径时，有助于后浇段搭接传力，可采用《混规》公式计算其受弯承载力。试件最大裂缝宽度发生于结合面处且显著大于现浇试件，并基于受力机理提出了最大裂缝宽度实用计算方法。后浇带节点受剪试验表明，面外受剪和面内受剪破坏模式一致，均为直剪破坏。搭接长度、插稍钢筋直径对受剪承载力影响较小。根据其受力机理，整理了各规范、文献提出的界面受剪承载力计算公式，将公式计算值与试验值进行比较，给出了受剪承载力建议计算公式。有限元模拟结果与试验相近，其中，模型中的受拉损伤及受压损伤可表征混凝土破坏程度，能较好地反应后浇带节点试件的开裂破坏和损伤区域。
(3)螺栓节点受剪试验表明，各试件破坏模式均为键槽底部剪坏的直剪破坏。螺栓预紧力、螺栓直径，抗剪键面积的增加能有效提高试件的承载力。结合试件工作机理提出了基于抗剪键抗剪贡献和剪摩擦抗剪贡献的受剪承载力计算公式。螺栓节点受拉试验表明，试件破坏模式与施加预拉力的高强螺栓破坏模式类似。当受拉承载力取0.8倍的螺栓预紧力时，接缝不张开，满足使用要求。有限元模拟表明螺栓节点的破坏模式、承载力等与试验结果相近，模型中受压损伤和受压损伤较好的再现了螺栓节点试件的破坏位置和破坏形态。
(4)设计时搭接长度取“《混规》搭接长度”的0.35倍时，钢筋环形搭接的后浇带节点连接受力性能可基本等同现浇。建议受弯承载力按《混规》计算，最大裂缝宽度应按本文提出的考虑后浇带接缝的公式进行计算，受剪承载力按MC(2010)模式规范或AASHTO LRFD规范计算。
(5)采用的预埋连接盒式的螺栓节点设计方法安全适用。其抗剪承载力计算公式仅考虑抗剪键作用，且抗拉承载力取0.8倍螺栓预紧力。
关键词：装配式混凝土基础，试验研究，后浇带节点，螺栓节点，承载力计算公式
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