Comportamento ao cisalhamento e método de construção de juntas chaveadas de aço em vigas segmentadas pré-moldadas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11166 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As juntas entre segmentos representam pontos fracos e introduzem descontinuidades nas estruturas, por isso são particularmente significativas em pontes segmentadas de concreto pré-moldado. Neste estudo, uma nova chaveta de cisalhamento de aço foi projetada e 6 testes em escala real foram realizados. Várias chavetas de cisalhamento e tipos de juntas foram tomadas como parâmetros experimentais para estudar a propagação de trincas, modo de falha, deslizamento de cisalhamento, capacidade de suporte final e capacidade de suporte residual de várias juntas sob carga de cisalhamento direto. Os resultados mostram que a rigidez e a capacidade de cisalhamento das juntas chaveadas de aço foram maiores do que as juntas chaveadas de concreto, e o sistema estrutural foi mais estável do que as juntas chavetadas de concreto no momento da fissuração. Tanto a chaveta de concreto quanto a chaveta de aço epóxi sofreram ruptura por cisalhamento direto. No entanto, diferentemente das juntas epóxi de concreto que sofreram ruptura frágil, as juntas epóxi chave de aço demonstraram uma grande capacidade residual. Com base na construção de pontes segmentadas tradicionais, são introduzidos métodos de construção envolvendo juntas chaveadas de cisalhamento de aço, incluindo correspondência de linha curta, correspondência de linha longa e métodos modulares. Finalmente, a viabilidade da construção de juntas chaveadas de aço foi verificada através de testes de engenharia.

A ponte segmentada de concreto pré-moldado (PCSB) desenvolveu-se rapidamente devido às suas vantagens de projeto econômico e seguro, construção rápida e versátil, sem interrupção no nível do solo, excelente capacidade de manutenção, baixos custos de ciclo de vida e controle de qualidade prontamente alcançado1,2,3. As juntas são as características do PCSB, que transmitem as tensões de compressão e cisalhamento das juntas4,5. Mas a armadura e o concreto são descontínuos na ligação, que é a parte fraca da estrutura6,7. Portanto, o desempenho ao cisalhamento das juntas vem chamando a atenção dos pesquisadores.

Jones et al.8 e Buyukozturk et al.9 concluíram que o comportamento ao cisalhamento das juntas chavetadas a seco depende do nível de tensão de confinamento. Zhou et al.10 realizaram testes em mecanismos de transferência de cisalhamento de uma série de juntas chaveadas em escala real e concluíram que as juntas epóxi apresentam resistência ao cisalhamento consistentemente maior do que as juntas secas. Sangkhon et al.11 conduziram um estudo experimental sobre o formato das chavetas e acreditam que a capacidade de suporte ao cisalhamento das chavetas semicirculares e triangulares é obviamente melhor do que a das chavetas trapezoidais, mas as chaves semicirculares e triangulares são mais propensas a falhas frágeis. Yuan et al.12 descobriram que a ductilidade das chavetas reforçadas é superior às chavetas de concreto simples, e o cabo interno ajuda a melhorar a capacidade de cisalhamento das chavetas de concreto. Choi et al.13 acreditam que o nível apropriado de tensão de confinamento e epóxi pode prevenir falhas repentinas de juntas em condições de carregamento cíclico de alta amplitude. Al-Rousan et al.14 estudaram a influência da tensão de confinamento e da resistência à compressão do concreto no comportamento ao cisalhamento de juntas secas de chaveta simples por meio de simulação FEA não linear, e uma fórmula de capacidade de cisalhamento foi proposta. Zhang et al.15 realizaram testes em escala real sobre o comportamento ao cisalhamento de juntas epóxi com chavetas múltiplas e propuseram uma nova fórmula considerando a distribuição desigual da tensão de cisalhamento. Os resultados do teste de Alcalde16 mostram que a tensão de cisalhamento média transferida através da junta diminui com o número de chavetas, mas esta influência é menos apreciada à medida que a tensão de confinamento aumenta. Zhan et al.1 conduziram investigações experimentais sobre o desempenho de cisalhamento de juntas de dentes chave (KTJ) sob carga repetida e descobriram que, em comparação com carga monotônica, a capacidade de suporte de carga e a rigidez da KTJ são significativamente reduzidas sob carga repetida devido ao dano acumulação no concreto. Enquanto isso, Zhan et al.17 indicaram que a junta chaveada de concreto simples apresenta falha de “cisalhamento direto” sob carregamento direto, e a adição de barras de aço internas contribuirá para fortalecer a conexão de juntas chaveadas e converter o modo de falha dominante para o modo de “esmagamento”. . Luo et al.18 propuseram expressão analítica para prever a capacidade dinâmica de cisalhamento de juntas epóxi sob diferentes taxas de deformação. Freitas et al.19 desenvolveram os envelopes de ruptura considerando a chave capacidade cortante multiaxial com pressão de confinamento, P, momento, M, e torção, T. Descobriram que as relações entre momento e cisalhamento, M/V, e torção e cisalhamento, T/ V, controle o mecanismo de falha. Smittakorn et al.20 e Beattie et al.21 realizaram testes para avaliar a resistência ao cisalhamento e a deformação de juntas utilizando concreto reforçado com fibra de aço (CRFA), e indicaram que a adição de fibras de aço melhora a capacidade de cisalhamento e a ductilidade das juntas chavetadas. Jiang et al.7 descobriram que a resistência das juntas secas chavetadas em SFRC é 25% maior do que a das juntas chavetadas de concreto convencionais. Park et al.22 propuseram um modelo analítico para prever a capacidade de cisalhamento das juntas chaveadas do CRFA através de investigação experimental. Voo et al.23, Gopal et al. 24 e Kim et al.25 realizaram testes de capacidade de cisalhamento da junta chaveada UHPC e descobriram que as cargas de ruptura aumentaram com o número de chavetas de cisalhamento. Hu et al.4 obtiveram um método de previsão de resistência ao cisalhamento da junta seca chavetada UHPC com base em resultados experimentais anteriores e simulação numérica. Sun et al. 26 constataram que a ductilidade das chavetas de cisalhamento de barras de aço comuns é melhor, enquanto as chavetas de cisalhamento de barras FRP apresentam maior fragilidade. Issa et al.27 descobriram que a especificação AASHTO negligencia a contribuição das resinas epóxi e subestima a resistência ao cisalhamento da junta epóxi de chave única. Rombach et al.28 propuseram um novo modelo de projeto para juntas secas e acreditam que a especificação AASHTO superestima a capacidade de carga das juntas secas. Turmo et al.29 consideraram que o fator de segurança (0,75) deveria ser considerado no cálculo da resistência ao cisalhamento de juntas chaveadas de concreto pela fórmula AASHTO. Shamass et al.30 recomendam reduzir o coeficiente de atrito usado na equação do código AASHTO quando alta pressão confinante é aplicada.