Abstract

Reinforced concrete dapped-end connections are common in existing bridges and represent a critical component of the structure. Due to high stress concentrations in the re-entrant corner of the connection, dapped-ends typically feature inclined corner cracks that occur under service loads. Widening of these cracks due to material degradation and increasing loads can lead to yielding of the dapped-end reinforcement and subsequent failure of the connection. While most of the research devoted to predicting the peak resistance of such dapped-end connections has focused on the strut-and-tie and stress field modelling approaches, there remains a need for mechanical models that facilitate the direct use of on-site measurable data for assessing the strength of the connection. This paper presents the derivation of such a model based on first principles: kinematics, equilibrium and constitutive relationships. The model utilizes measured angles of the inclined crack as an input, and explicitly accounts for kinematic parameters such as the width and the length of the corner crack. A database of 47 tests from the literature featuring variable properties is used to validate the model. It is shown that the proposed approach captures well the peak resistance of dapped-end connections governed by the widening of the crack at the re-entrant corner, leading to an average strength experimental-to-predicted ratio of 1.10 and a coefficient of variation of 8.6%. Furthermore, the model is used to discuss the effect of the angle of the critical corner crack on the peak resistance of the connection.

摘要

钢筋混凝土短端连接在现有桥梁中很常见，并且是结构的关键组成部分。由于在连接的凹角中应力集中较大，因此，端头通常会出现倾斜角裂纹，这些裂纹会在使用载荷下发生。由于材料降解和增加的载荷而导致的这些裂纹的扩展会导致端部端部钢筋的屈服和连接的后续故障。尽管大多数致力于预测这种端接连接的峰值电阻的研究都集中在支柱与拉力和应力场建模方法上，但仍然需要有助于直接使用现场可测数据的机械模型用于评估连接强度。本文提出了基于第一个原理的这种模型的推导：运动学，平衡和本构关系。该模型利用测得的倾斜裂纹的角度作为输入，并明确考虑运动学参数，例如拐角裂纹的宽度和长度。使用来自具有可变属性的文献的47个测试的数据库来验证模型。结果表明，所提出的方法很好地捕获了凹角端连接处的峰值电阻，该峰值电阻受凹角拐角处裂纹扩展的影响，导致平均强度实验预测比为1.10，变异系数为8.6％。此外，该模型用于讨论临界角裂纹角度对连接的峰值电阻的影响。该模型利用测得的倾斜裂纹的角度作为输入，并明确考虑运动学参数，例如拐角裂纹的宽度和长度。使用来自具有可变属性的文献的47个测试的数据库来验证模型。结果表明，所提出的方法很好地捕获了凹角端连接处的峰值电阻，该峰值电阻受凹角拐角处裂纹扩展的影响，导致平均强度实验预测比为1.10，变异系数为8.6％。此外，该模型用于讨论临界角裂纹角度对连接的峰值电阻的影响。该模型利用测得的倾斜裂纹的角度作为输入，并明确考虑运动学参数，例如拐角裂纹的宽度和长度。来自文献的具有可变属性的47个测试的数据库用于验证模型。结果表明，所提出的方法很好地捕获了凹角端连接处的峰值电阻，该峰值电阻受凹角拐角处裂纹扩展的影响，导致平均强度实验预测比为1.10，变异系数为8.6％。此外，该模型用于讨论临界角裂纹角度对连接的峰值电阻的影响。使用来自具有可变属性的文献的47个测试的数据库来验证模型。结果表明，所提出的方法很好地捕获了凹角端连接处的峰值电阻，该峰值电阻受凹角拐角处裂纹扩展的影响，导致平均强度实验预测比为1.10，变异系数为8.6％。此外，该模型用于讨论临界角裂纹角度对连接的峰值电阻的影响。使用来自具有可变属性的文献的47个测试的数据库来验证模型。结果表明，所提出的方法很好地捕获了凹角端连接处的峰值电阻，该峰值电阻受凹角拐角处裂纹扩展的影响，导致平均强度实验预测比为1.10，变异系数为8.6％。此外，该模型用于讨论临界角裂纹角度对连接的峰值电阻的影响。