Comportamiento al corte y método de construcción de uniones enchavetadas de acero en vigas segmentarias prefabricadas

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 11166 (2023) Citar este artículo

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Las uniones entre dovelas representan puntos débiles e introducen discontinuidad en las estructuras, por lo que son particularmente significativas en puentes dovelas prefabricados de hormigón. En este estudio, se diseñó una nueva llave de corte de acero y se realizaron 6 pruebas a escala real. Se tomaron varias claves de corte y tipos de juntas como parámetros experimentales para estudiar la propagación de grietas, el modo de falla, el deslizamiento por corte, la capacidad de carga última y la capacidad de carga residual de varias juntas bajo carga de corte directa. Los resultados muestran que la rigidez y la capacidad de corte de las uniones enchavetadas de acero fueron mayores que las de las uniones enchavetadas de concreto, y el sistema estructural fue más estable que las uniones enchavetadas de concreto en el momento de la fisuración. Tanto las juntas de hormigón como las de acero epóxicas sufrieron fallas por corte directo. Sin embargo, a diferencia de las juntas epoxi de hormigón que experimentaron fallas frágiles, las juntas epoxi de acero demostraron una gran capacidad residual. Basado en la construcción tradicional de puentes segmentarios, se introducen métodos de construcción que involucran uniones de acero con llave de corte, incluidos métodos de unión de línea corta, unión de línea larga y métodos modulares. Finalmente, se verificó la viabilidad de la construcción de juntas de corte de acero mediante pruebas de ingeniería.

El puente segmentario de hormigón prefabricado (PCSB) se ha desarrollado rápidamente debido a sus ventajas de diseño económico y seguro, construcción rápida y versátil, sin interrupciones a nivel del suelo, excelente capacidad de servicio, bajos costos de ciclo de vida y control de calidad fácilmente logrado1,2,3. Las juntas son las características del PCSB, que transmiten los esfuerzos de compresión y corte de las juntas4,5. Pero la armadura y el hormigón son discontinuos en la unión, que es la parte débil de la estructura6,7. Por lo tanto, el comportamiento de corte de las uniones ha atraído la atención de los investigadores.

Jones et al.8 y Buyukozturk et al.9 concluyeron que el comportamiento de corte de las uniones enchavetadas secas depende del nivel de tensión de confinamiento. Zhou et al.10 realizaron pruebas sobre los mecanismos de transferencia de corte de una serie de juntas enchavetadas a gran escala y concluyeron que las juntas epoxi tienen una resistencia al corte consistentemente mayor que las juntas secas. Sangkhon et al.11 realizaron un estudio experimental sobre la forma de las claves y creen que la capacidad de carga de corte de las claves semicirculares y triangulares es obviamente mejor que la de las claves trapezoidales, pero las claves semicirculares y triangulares son más propensas a fallar por fragilidad. Yuan et al.12 encontraron que la ductilidad de las claves reforzadas es superior a la de las claves de hormigón simple, y el tendón interno ayuda a mejorar la capacidad de corte de las claves de hormigón. Choi et al.13 creen que el nivel apropiado de tensión de confinamiento y epoxi puede prevenir fallas repentinas de las juntas en condiciones de carga cíclica de alta amplitud. Al-Rousan et al.14 estudian la influencia de la tensión de confinamiento y la resistencia a la compresión del hormigón en el comportamiento al corte de uniones secas de una sola llave mediante simulación FEA no lineal, y propusieron una fórmula de capacidad de corte. Zhang et al.15 realizaron pruebas a escala real sobre el comportamiento de corte de uniones epoxi de clave múltiple y propusieron una nueva fórmula considerando la distribución desigual de la tensión de corte. Los resultados de las pruebas de Alcalde16 muestran que el esfuerzo cortante promedio transferido a través de la unión disminuye con el número de chavetas, pero esta influencia es menos apreciada a medida que aumenta el esfuerzo de confinamiento. Zhan et al.1 realizaron investigaciones experimentales sobre el rendimiento de corte de las juntas de dientes clave (KTJ) bajo cargas repetidas y descubrieron que, en comparación con la carga monótona, la capacidad de carga y la rigidez de KTJ se reducen significativamente bajo cargas repetidas debido al daño. acumulación en el hormigón. Mientras tanto, Zhan et al.17 indicaron que la junta enchavetada de concreto simple presenta una falla de "corte directo" bajo carga directa, y agregar barras de acero internas contribuirá a fortalecer la conexión de las juntas enchavetadas y convertir el modo de falla dominante al modo de "aplastamiento". . Luo et al.18 propusieron una expresión analítica para predecir la capacidad de corte dinámico de uniones epoxi bajo diferentes tasas de deformación. Freitas et al.19 desarrollaron las envolventes de falla considerando la capacidad de corte multiaxial clave con presión de confinamiento, P, momento, M, y torsión, T. Encontraron que las relaciones entre momento y corte, M/V, y torsión y corte, T/ V, controlar el mecanismo de falla. Smittakorn et al.20 y Beattie et al.21 llevaron a cabo pruebas para evaluar la resistencia al corte y la deformación de juntas utilizando hormigón reforzado con fibras de acero (SFRC), e indicaron que la adición de fibras de acero mejora la capacidad de corte y la ductilidad de las juntas enchavetadas. Jiang et al.7 descubrieron que la resistencia de las juntas secas enchavetadas SFRC es un 25% mayor que la de las juntas enchavetadas de hormigón convencionales. Park et al.22 propusieron un modelo analítico para predecir la capacidad de corte de las uniones enchavetadas SFRC a través de una investigación experimental. Voo et al.23, Gopal et al. 24 y Kim et al.25 realizaron pruebas sobre la capacidad de corte de la unión enchavetada UHPC y encontraron que las cargas de falla aumentaban con el número de llaves de corte. Hu et al.4 obtuvieron un método de predicción de la resistencia al corte de la junta seca enchavetada UHPC basándose en resultados experimentales previos y simulación numérica. Sol y cols. 26 encontraron que la ductilidad de las chavetas de barras de acero ordinarias es mejor, mientras que las chavetas de barras de FRP muestran una mayor fragilidad. Issa et al.27 descubrieron que la especificación AASHTO ignora la contribución de las resinas epoxi y subestima la resistencia al corte de la junta epoxi de llave única. Rombach et al.28 propusieron un nuevo modelo de diseño para juntas secas y creen que la especificación AASHTO sobreestima la capacidad de carga de las juntas secas. Turmo et al.29 pensaron que el factor de seguridad (0,75) debería considerarse en el cálculo de la resistencia al corte de uniones enchavetadas de hormigón mediante la fórmula AASHTO. Shamass et al.30 recomiendan reducir el coeficiente de fricción utilizado en la ecuación del código AASHTO cuando se aplica una alta presión de confinamiento.

Para simplificar el tipo de junta, mejorar la transmisión de la fuerza de corte de la junta y mejorar la capacidad de carga y la ductilidad de la junta, se diseñó una llave de corte de acero para puentes segmentarios prefabricados. Para estudiar completamente las propiedades mecánicas de la llave de corte de acero, se diseñaron seis muestras y se utilizaron el tipo de llave de corte y los tipos de juntas como parámetros experimentales. Tomando como focos de investigación la propagación de grietas, el modo de falla, la capacidad de carga última, la capacidad de carga residual y el deslizamiento por corte, se compararon las propiedades mecánicas de las llaves de acero y las llaves de concreto normales. Se diseñaron métodos de construcción de juntas de corte de acero y se realizaron pruebas de ingeniería basadas en métodos de unión de líneas cortas y largas. Finalmente, se propone que las llaves de corte de acero tengan una amplia aplicabilidad desde el punto de vista de una fuerza confiable y una construcción simple y conveniente.

Los juegos de llaves de corte de acero se muestran en la Fig. 1a, incluyendo una llave convexa y una llave cóncava. Las llaves cóncavo-convexas están conectadas mediante una mortaja y una espiga, y las cabezas de anclaje están incrustadas por separado en los segmentos. En el ensamblaje segmentario, bajo la acción de una fuerza de pretensado longitudinal (interna o externa), las juntas se ensamblan y conectan haciendo coincidir llaves cóncavas y convexas, como se muestra en la Fig. 1b.

Diagrama esquemático de llave de corte de acero 31 (a) componente (b) junta de llave de corte de acero.

Las llaves de hormigón (CK) se fabricaron con hormigón comercial C5032 y se diseñaron según el código AASHTO33. Las chavetas de corte de acero (SSK) fueron terminadas con Q23532, y el mecanizado de acabado tuvo un error de fabricación de 0.001 mm. Para facilitar la construcción coincidente, la espiga y la mortaja se diseñaron con un espacio de construcción de 0,2 mm y se diseñó un pie inclinado de 45° en las espigas.

Roberts y Breen34 creían que la capacidad de carga de las uniones de los dientes enchavetados la proporcionaban las chavetas y la fricción interfacial, y propusieron que las ecuaciones de resistencia al corte. (1) escribirse en AASHTO33.

En las ecuaciones. (1), la resistencia al corte de la llave de corte es

La fórmula de cálculo práctica de la resistencia al corte es

donde \(V_{j}\) es la capacidad cortante de las juntas, N; \(V_{k}\) es la capacidad de corte de las claves, N; \(A_{k}\) es el área total en la raíz de las claves, mm2; \(f_{c}^{^{\prime}}\) es la resistencia a la compresión del cilindro de hormigón, MPa; \(\sigma_{n}\) es la tensión de confinamiento, MPa; \(A_{sm}\) es el área de , mm2 sin clave; \(\tau\) es el esfuerzo cortante, MPa; \(A\) es el área de corte, mm2; \(F\) es la fuerza cortante, N.

El diseño de la llave de corte se basó en la resistencia al corte del material y el tamaño geométrico. Basado en el equivalente de la resistencia al corte, las Ecs. (2) y (3) se utilizaron para diseñar las dimensiones de las claves de hormigón y acero. Las dimensiones geométricas de CK y SSK se muestran en las figuras 2a y b.

Diseño de llave de corte31 (a) CK (b) SSK (unidad: mm).

El diseño del ejemplar se refería al modelo experimental de Yuan36. La brecha de deslizamiento por corte de las muestras convexas y cóncavas fue de 50 mm, y el espesor de cada muestra de prueba fue de 200 mm. Las Figuras 3a a c y la Tabla 1 enumeran los parámetros de cada muestra de prueba.

Dimensiones geométricas de las muestras31 (a) junta plana (b) junta clave de hormigón (c) junta clave de acero. 1. Placas de acero empotradas (Q23532, 200 mm × 100 mm × 25 mm. 2. Refuerzo constructivo (HRB40032, 16 mm). 3. Superficie plana. 4. CK. 5. SSK (unidad: mm).

Para la fabricación de muestras se utilizaron hormigón comercial y pegamento epóxico comercial. Y la característica de los materiales citó los resultados de las pruebas de Zou37. Las muestras utilizaron vertido coincidente y los modelos de muestra se muestran en la Fig. 4.

Muestras de ensayo (a) junta de hormigón (b) junta clave de acero.

La máquina de prueba y la configuración de prueba se muestran en las figuras 5a y b. Las pruebas de control de desplazamiento para todas las muestras se realizaron a una velocidad de carrera constante de 0,1 mm/min7. La tensión de confinamiento, que simula el efecto del pretensado en puentes segmentarios, en todas las muestras fue de 1 MPa. El deslizamiento por corte entre las juntas se midió mediante LVDT y la disposición de los transductores se muestra en la Fig. 5b. El soporte, que constaba de una placa de acero rectangular, estaba reforzado contra flexión y deformación y restringido contra movimiento horizontal31. El punto de carga, el punto de apoyo y la junta eran colineales.

Configuración de prueba31,35 (a) Máquina de prueba (b) Sistema de carga.

Los datos experimentales se resumen en la Tabla 2. La capacidad de carga máxima de la junta plana fue \(F_{max} = 56,7{\text{kN}}\).

La carga de fisuración de la junta clave de hormigón fue de 174,8 kN, la carga última fue de 181,6 kN, la relación entre la carga de fisuración y la carga última fue del 96,3% y la tensión de confinamiento aumentó en un 33,3% en el momento de la fisuración. La propagación de la grieta y el modo de falla de la clave de concreto se muestran en la Fig. 6. La grieta inicial, que apareció en el borde inferior de la clave convexa, tenía alrededor de 70 ° horizontalmente. Posteriormente, se desarrollaron rápidamente grietas en la raíz de la clave convexa y aparecieron varias pequeñas grietas paralelas, fusionándose y formando una grieta principal de corte con la grieta inicial.

Formación de grietas y modo de falla de DS2. (a) grieta inicial (b) propagación de la grieta (c) modo de falla.

A partir de los datos experimentales y los fenómenos observables, se puede ver que el proceso desde el agrietamiento hasta la falla por corte de las juntas clave del concreto fue rápido y frágil. Los resultados experimentales fueron consistentes con los de Zhou10 y Yuan36 et al.

La carga de fisuración de la junta enchavetada de acero fue de 271,2 kN, la carga última fue de 314,1 kN, la relación entre la carga de fisuración y la carga última fue del 86,3% y la tensión de confinamiento aumentó en un 8,4% en el momento de la fisuración. La propagación de grietas y el modo de falla de la junta de acero se muestran en la Fig. 7. Dos grietas iniciales aparecieron simultáneamente cerca de las llaves convexas, una de las cuales estaba cerca de la horizontal y la otra estaba cerca de 45 °, penetrando en el espesor de la muestra. dirección. Cuando aparecieron las grietas, la rigidez de las muestras disminuyó repentinamente y la fuerza de carga disminuyó instantáneamente. A medida que continuó la carga, no aparecieron nuevas grietas, pero el ancho y la longitud de las grietas existentes se desarrollaron significativamente. Las grietas horizontales y oblicuas formaron gradualmente una grieta principal cerca de los 45° y se desarrollaron gradualmente hacia el punto de carga, sin cruzar la superficie de la junta. Al dañarse la muestra, el hormigón clave convexo formó dos cuerpos completamente separados a lo largo de la grieta principal, mientras que el hormigón clave cóncavo no se agrietó ni se rompió, y la clave de acero no resultó dañada.

Formación de grietas y modo de falla de DS3. (a) grieta inicial (b) propagación de la grieta (c) modo de falla.

Inicialmente, la junta plana era muy rígida y la fuerza de carga aumentó rápidamente. Hasta la carga máxima \(F_{max} = 479,5{\text{kN}}\), la muestra ocurrió una falla por corte directo a lo largo de la posición de la junta y la tensión de confinamiento aumentó en un 85,33%, como se muestra en la Tabla 3. El modo de falla se muestra en la Fig. 8.

Modo de falla de DS4.

La propagación de la grieta y el modo de falla de la junta clave de concreto se muestran en la Fig. 9. Cuando apareció la grieta, la fuerza de carga fue de 529,5 kN y la tensión de confinamiento aumentó en un 84,99%. Las grietas se desarrollaron a lo largo de la posición de la junta y penetraron en la dirección del espesor. Cuando la muestra resultó dañada, las grietas en la raíz de la llave convexa se conectaron verticalmente para formar una superficie de corte. La capa de mortero de hormigón de la superficie de la junta se desprendió y el árido se desprendió. Sin embargo, el pegamento epoxi no sufrió daños. Después de que apareció la grieta, la rigidez de la muestra disminuyó notablemente, la fuerza de carga se desplomó y la carga de grieta fue la carga última.

Formación de grietas y modo de falla de DS5. (a) propagación de grietas (b) modo de falla.

Inicialmente, el ejemplar estaba muy rígido. Cuando la fuerza de carga alcanzó 685,8 kN, la muestra experimentó grietas por corte directo a lo largo de la posición de la junta. La grieta se produjo en la capa de mortero de concreto, con un ancho mayor a 0,2 mm, como se muestra en la Fig. 10. Luego de que aparecieron las grietas, la tensión de confinamiento aumentó en un 23,24%. A diferencia de la junta epoxi de hormigón, la junta epoxi de acero rápidamente logró la redistribución de la fuerza interna después de la aparición de grietas por corte directo, logró un nuevo equilibrio mecánico, lo que le permitió seguir soportando la carga. Además, la rigidez de la muestra se redujo visiblemente, la fuerza de carga no aumentó, no aparecieron nuevas grietas en la muestra, el ancho inicial de la grieta aumentó y la curva carga-desplazamiento entró en la etapa horizontal.

Formación de grietas y modo de falla de DS6. (a) grieta inicial (b) propagación de la grieta (c) modo de falla.

Después del daño, tanto las muestras cóncavas como las convexas se separaron completamente a lo largo de la superficie de la junta, la capa de mortero en un lado de la superficie de la junta se desprendió completamente hacia el otro lado de la muestra, el agregado grueso era claramente visible en la superficie de la junta. y la chaveta de acero no sufrió ninguna deformación o daño.

Las curvas de carga-desplazamiento de juntas secas se muestran en la Fig. 11a. La capacidad de carga máxima de la junta seca clave de concreto y de la junta seca clave de acero fue de 181,6 kN y 272,8 kN respectivamente, que fue 2,20 y 3,81 veces mayor que la de la junta seca plana. La capacidad de carga máxima de la junta seca clave de acero fue un 72,96% mayor que la de la junta seca clave de hormigón. Se produjo una falla por corte directo en las juntas secas clave del concreto y las muestras mostraron un deslizamiento repentino por corte. Sin embargo, las chavetas cóncavas y convexas aún mantuvieron su enclavamiento bajo tensión de confinamiento, después de que se alcanzó la capacidad de carga última de la junta seca de la chaveta de acero. La muestra aún podía soportar la carga y la curva carga-desplazamiento presentaba una larga etapa horizontal. La relación entre la capacidad de carga residual y la capacidad de carga última era grande.

Efecto de los tipos de llaves de corte sobre las propiedades mecánicas de las juntas (a) juntas secas (b) juntas epoxi.

Las curvas de carga-desplazamiento de juntas epoxi se muestran en la Fig. 11b. La capacidad de carga máxima de la junta epoxi de hormigón y de la junta epoxi de acero fue de 529,5 kN y 685,8 kN respectivamente, que fue un 10,42 % y un 43,02 % mayor que la de la junta plana epoxi. La capacidad de carga máxima de la junta epoxi clave de acero fue un 29,52% mayor que la de la junta epoxi clave de hormigón. La junta clave de acero epoxi y la junta clave de concreto epoxi exhibieron falla por corte directo.

Como se muestra en la Tabla 4, las juntas de concreto (secas y epoxicadas) tuvieron un gran deslizamiento por corte después de la falla por corte directo. Sin embargo, el deslizamiento por corte de las juntas clave de acero fue obviamente menor que el de la junta clave de hormigón, ya que la rigidez al corte de la junta clave de acero era suficiente.

Las curvas de carga-desplazamiento se muestran en la Fig. 12. La rigidez de las juntas epoxi clave de hormigón fue mayor que la de las juntas secas. En comparación con las juntas secas, la capacidad de carga máxima de las juntas epoxi clave de hormigón aumentó en un 191,57%. Sin embargo, las juntas clave de hormigón con epoxi mostraron daños frágiles más evidentes. La resistencia de la junta solo fue proporcionada por la fricción interfacial después de que se dañó la junta epóxica clave del concreto.

Efecto de los tipos de juntas sobre las propiedades mecánicas de las juntas.

En comparación con las juntas secas, la capacidad de carga máxima de la junta de corte de acero aumentó en un 118,33%. Con la fuerza de carga máxima, la muestra clave de acero sufrió grietas por corte directo a lo largo de la posición de la junta. Después del agrietamiento, la resistencia del pegamento epoxi falló y, en consecuencia, el estado de tensión de la junta epoxi con llave de acero fue similar al de la junta seca. La resistencia de la unión fue proporcionada por la llave de acero y la fricción de la interfaz.

Para explorar el mecanismo de transferencia de fuerza y el comportamiento de corte de las uniones con llave de acero, se deconstruyeron las muestras y se analizó el cuerpo desprendido, y la llave convexa también mostró un efecto de palanca. Por lo tanto, se seleccionó la clave convexa como objeto de investigación para el análisis mecánico del cuerpo desprendido. El diagrama mecánico del componente de hormigón se muestra en las Fig. 13a y b, mientras que el diagrama mecánico de la llave convexa se muestra en la Fig. 13c. Según el diagrama simplificado, el mecanismo de transferencia de fuerza para obtener la junta de espiga de acero es el siguiente: Bajo la tensión de confinamiento, la junta enchavetada de acero depende de la presión de contacto entre la llave de acero y el concreto para transferir la fuerza de corte entre la junta. Por otro lado, las uniones enchavetadas de hormigón resultaron dañadas por falla por corte directo. El plano de corte se ubicó en la raíz de la clave, como se muestra en la Fig. 14.

Diagrama mecánico simplificado (a) Muestra de llave convexa (b) Componente de hormigón (c) Llave de acero.

Modo de falla clave concreto.

Para la construcción de puentes prefabricados de hormigón segmentado, tanto el método de unión de línea corta como el de línea larga se han aplicado ampliamente tanto en el país como en el extranjero. Con base en los métodos establecidos existentes, se aplicaron los métodos de coincidencia de línea corta y de línea larga al diseño de construcción de uniones enchavetadas de corte de acero. Al mismo tiempo, se diseñó el método de construcción modular, con un mayor grado de estandarización, combinando las ventajas de una fabricación sencilla y una fácil instalación de las llaves de corte de acero.

En primer lugar, se determinó la posición de instalación de la llave de corte de acero en la plantilla, se cortaron orificios en las posiciones correspondientes según el diámetro de la espiga y los tornillos, y se fijó la llave convexa a la plantilla con tornillos, como se muestra en la Fig. 15a. En segundo lugar, se instaló la plantilla en la posición planificada del segmento n.° 1 y se vertió el segmento n.° 1, como se muestra en la Fig. 15b. Después de que el concreto del segmento #1 alcanzó la edad de curado, se retiraron los tornillos y la plantilla. En tercer lugar, se instalaron las cuñas cóncavas correspondientes a la posición de las cuñas convexas, se volvió a configurar la plantilla en la posición de la junta del segmento n.° 2 y se vertió el segmento n.° 2, como se muestra en la Fig. 15c. Esto se repitió hasta que se completó la construcción de todos los segmentos.

Método de coincidencia de línea corta (a) configuración de plantilla (b) construcción de segmento anterior (c) construcción de segmento de secuencia.

Se diseñó una viga en T de 25 m de 3 segmentos y el método de construcción se evaluó de acuerdo con el método de coincidencia de líneas cortas, como se muestra en la Fig. 16. Este método utiliza el segmento anterior como plantilla final del segmento siguiente. las uniones están perfectamente adaptadas, el montaje de los segmentos es fluido, pero el ciclo de producción es largo.

Prueba de ingeniería del método de coincidencia de línea corta (a) configuración de la plantilla (b) instalación de la plantilla (c) construcción del segmento anterior (d) construcción del segmento de secuencia (e) aplicación de pegamento epoxi (f) ensamblaje de la junta (g) elevación.

Se determinó la posición de instalación de la llave de corte de acero en la plantilla y se cortaron orificios en las posiciones correspondientes según el diámetro de la espiga, como se muestra en la Fig. 17a. Las llaves cóncavas y convexas se instalaron simultáneamente en la plantilla, las plantillas se colocaron en la posición de unión prevista y luego se vertieron simultáneamente los segmentos n.º 1 a 5, como se muestra en la figura 17b.

Método de coincidencia de línea larga (a) configuración de plantilla (b) construcción de múltiples segmentos.

Se diseñó una viga en T de 10 m de 5 segmentos y el método de construcción se diseñó de acuerdo con el método de emparejamiento de líneas largas, como se muestra en la Fig. 18. Considerando la deformación física de las claves cóncavas y convexas causadas por la temperatura, el concreto fluencia por contracción y carga temporal, se diseñó una tolerancia de ajuste de 0,2 mm entre la espiga y la mortaja. Como resultado, la llave de acero puede deslizarse durante el vertido. Para resolver este problema, durante la prueba de ingeniería se fijó temporalmente una almohadilla de goma de 0,5 mm de espesor en la espiga. El método de unión de línea larga acortó en gran medida el ciclo de producción, pero las uniones no lograron una unión perfecta después del vertido. Es necesario comprobar la planitud de las plantillas después de un uso repetido.

Prueba de ingeniería del método de combinación de líneas largas (a) instalación de la plantilla (b) aplicar pegamento epoxi (c) ensamblaje de juntas (d) ensamblar las piezas en un todo.

Las llaves convexas y cóncavas se instalaron en la plantilla A y en la plantilla B respectivamente, como se muestra en la Fig. 19a. Los segmentos AC se colocaron en diferentes pedestales para una producción independiente, como se muestra en la figura 19b. Este método es similar al método de coincidencia de líneas cortas, pero la diferencia es que cada segmento se produce de forma independiente y no depende del segmento anterior como plantilla final del segmento secuencial. Puede mejorar en gran medida la eficiencia de producción y es especialmente adecuado para la producción de vigas en T segmentarias de luz pequeña y mediana y vigas cajón pequeñas. Sin embargo, la posición de las teclas cóncavas y convexas depende completamente de la plantilla, por lo que requiere un control de alta precisión.

Método de construcción modular (a) configuración de plantilla (b) construcción segmentada independientemente.

La junta de corte de acero es un nuevo tipo de junta en puentes de segmentos prefabricados, pero sus propiedades mecánicas y métodos de construcción factibles no están claros. Según investigaciones experimentales, las uniones enchavetadas de corte de acero tienen una alta capacidad de carga y buena ductilidad en comparación con las uniones enchavetadas de hormigón. Y según la prueba práctica de construcción, la junta de corte de acero es adecuada para la producción estandarizada. Los resultados mostraron lo siguiente:

Las uniones de acero con chaveta tienen una alta capacidad de carga. En comparación con las juntas clave de hormigón, la capacidad de carga de las juntas secas clave de corte de acero aumenta en un 72,96% y la de las juntas epoxi aumenta en un 29,52%.

Las uniones de acero con chaveta tienen buena ductilidad. La capacidad de carga de la junta clave de hormigón cae repentinamente después de una fisuración por cortante directa. A diferencia de las juntas clave de concreto, las juntas clave de corte de acero pueden lograr rápidamente una redistribución de la fuerza interna para alcanzar un nuevo equilibrio mecánico después del agrietamiento, la junta puede continuar soportando la carga y la curva carga-desplazamiento exhibe una etapa horizontal.

El sistema estructural de las juntas de acero enchavetadas es estable después del agrietamiento. En comparación con la clave de hormigón, en el momento de la fisuración, la amplitud de la tensión de confinamiento es significativamente menor y el sistema de pretensado es relativamente más estable. Después de que la muestra se agrietó, las llaves cóncavas y convexas todavía estaban entrelazadas bajo la acción de la tensión de confinamiento, y la resistencia al corte de la junta aún la proporcionaba la llave de acero. El deslizamiento por corte de la junta clave de acero fue significativamente menor que el de la junta clave de hormigón, en el momento de la fisuración.

Las juntas de corte de acero tienen condiciones de producción estandarizadas de fábrica. Basado en los métodos tradicionales de construcción de llaves de concreto y combinando las ventajas de una estructura simple y una fácil instalación de llaves de corte de acero, se diseñaron métodos modulares y de unión de línea corta y larga para juntas de clave de corte de acero. Se realizaron pruebas de ingeniería con los métodos de coincidencia de línea corta y de línea larga, y los resultados de las pruebas verificaron que las juntas de corte de acero son adecuadas para la producción industrial.

Las juntas de corte de acero tienen propiedades mecánicas confiables y son adecuadas para la producción industrial estándar. Estos tienen un valor de aplicación más amplio en el campo de las estructuras segmentarias prefabricadas de hormigón, como vigas segmentarias prefabricadas, pilares de puentes, vigas de cubierta y túneles de servicios públicos.

La exposición prolongada al aire, la llave de corte de acero se oxidará y sus propiedades mecánicas disminuirán. Por lo tanto, para evitar espacios en la superficie de la junta, se recomienda aplicar un revestimiento de superficie de la junta con llave de corte de acero con adhesivo epoxi. Y estudiaremos más a fondo la durabilidad de la junta epoxi de llave de corte de acero.

Algunos o todos los datos, modelos o códigos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

La investigación presentada fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (52078363).

Escuela de Arquitectura e Ingeniería Civil, Universidad Xihua, Chengdu, 610039, China

Yu Zou y Tianyu Xiang

Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Tongji, Shanghai, 200092, China

Dong Xu

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YZ y DX escribieron el texto principal del manuscrito y TX preparó el experimental. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Yu Zou.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Zou, Y., Xiang, T. y Xu, D. Comportamiento de corte y método de construcción de uniones de acero enchavetadas en vigas segmentarias prefabricadas. Representante científico 13, 11166 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37442-0

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Recibido: 12 de marzo de 2023

Aceptado: 21 de junio de 2023

Publicado: 10 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-37442-0

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