發(fā)布時間：2020-11-21 02:29

　　 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在當(dāng)前橋梁工程中應(yīng)用日漸廣泛,甚至成為拱橋的主流結(jié)構(gòu)形式。但因施工質(zhì)量、混凝土收縮徐變等原因產(chǎn)生的脫空缺陷制約著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能。本文沿著目前主流的治理思路,創(chuàng)新性地采用MPC復(fù)合材料對脫空鋼管混凝土進(jìn)行二次灌漿處理,并考察MPC復(fù)合材料加固處理對鋼管混凝土軸壓性能的恢復(fù),本文主要完成了以下工作:本文基于已有研究,介紹并分析了鋼管混凝土的工作機(jī)理,并且基于極限平衡理論,完善了對脫空鋼管混凝土的極限承載力的理論推導(dǎo),對脫空缺陷有了更深的理論理解,從極限平衡角度分析了脫空對鋼管混凝土軸壓性能的影響程度。其次,根據(jù)研究需要,設(shè)計了脫空率、含鋼率、加固狀況各不相同的21個鋼管混凝土短柱試件,并完成了鋼材、混凝土、MPC復(fù)合材料各自的材料基本性能試驗。此后,完成了對試件軸壓試驗的測點布置、試驗方案、加載方式的研究及選定。根據(jù)制定的科學(xué)試驗方案,對21個試件的加載全過程進(jìn)行了位移、應(yīng)變監(jiān)測,并記錄了不同試驗參數(shù)下外圍鋼管的變形形態(tài)以及內(nèi)部混凝土、MPC復(fù)合材料的破壞形式。分析試驗結(jié)果表明,MPC復(fù)合材料對不同脫空率、含鋼率的鋼管混凝土試件的軸壓性能均有優(yōu)異的加固效果。通過總結(jié)已有研究并結(jié)合試算工作,選定了適宜的鋼材、混凝土本構(gòu)關(guān)系、材料間的接觸關(guān)系,并結(jié)合之前對MPC復(fù)合材料的實際材料試驗結(jié)果,建立了全體21個試件的有限元模型,運(yùn)用ABAQUS軟件進(jìn)行了加載全過程的非線性有限元求解。計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合,起到了相互驗證、相互補(bǔ)充的作用。提取有限元結(jié)果,對完整試件、脫空試件、加固試件的應(yīng)力分布、受力特點、承載力變化、鋼管側(cè)向變形特點等進(jìn)行了詳盡地分析,最終結(jié)果表明MPC復(fù)合材料能夠有效提高脫空缺陷鋼管混凝土的軸壓性能、改善應(yīng)力分布、抑制鋼管內(nèi)凹變形程度,且對不同工況下的缺陷試件均有很好的適應(yīng)性,加固效果穩(wěn)定,均能將缺陷試件的極限承載力恢復(fù)至原試件的90%以上。最后對MPC復(fù)合材料加固效果進(jìn)行了參數(shù)分析,計算了不同參數(shù)對不同MPC類型加固效率的影響,得到了相關(guān)規(guī)律,并與試驗相互驗證。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU398.9
【部分圖文】：

鋼管混凝土脫空缺陷脫空缺陷主要產(chǎn)生原因主要有兩大方面，第一類為鋼管混凝土拱橋在空

與鋼管內(nèi)壁脫粘并形成環(huán)形的空腔。第一類托空權(quán)限常稱為“球冠形脫空缺陷”，第二類稱為“環(huán)形脫空缺陷”。圖1-2 鋼管混凝土脫空缺陷類型示意圖目前來說，二次灌漿法是對鋼管混凝土脫空缺陷進(jìn)行加固處理的主流手段，所謂“二次灌漿法”，為在檢測到有脫空缺陷處對該處鋼管進(jìn)行開孔，并注入水泥砂漿液或改性環(huán)氧砂漿填充補(bǔ)空，恢復(fù)原結(jié)構(gòu)部分承載力。二次灌漿之后，一般要對該處脫空部位進(jìn)行超聲檢測，判斷是否仍有脫空以及是否需要重復(fù)灌漿[2]。此外，目前還有在脫空鋼管混凝土外側(cè)采用稍大的新鋼管進(jìn)行焊接、灌注，使其與原脫空的鋼管共同受力的加固方法，以及橫穿螺栓、外套法蘭盤等加固方法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉貴位教授課題組經(jīng)過數(shù)年研發(fā)以及試驗工作，研制出具有高強(qiáng)、韌性好、施工方便的 MPC 復(fù)合材料。由于 MPC 復(fù)合材料問世時間相對較短

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-9-圖2-1 核心混凝土以及外圍鋼管應(yīng)力狀態(tài)示意圖2.2.1 核心混凝土三向受壓極限對于上述混凝土的三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)材料在線彈性范圍內(nèi)的廣義虎克定律，得到核心混凝土三向應(yīng)變[24]：1 1 2 32 2 1 33 3 1 21[ ( )]1[ ( )]1[ ( )]EEE (2-1)從上式可以看出，當(dāng)核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，因其三向應(yīng)變隨之減小，各向應(yīng)力值相應(yīng)增大，能夠使極限承載力得到提高。根據(jù)鐘善桐[25]的研究，鋼管混凝土受荷時的組合性能和破壞性質(zhì)隨套箍系數(shù) 的不同而不同，套箍系數(shù)計算方法如下式：s y yc ck ckA f fA f f (2-2)其中 為鋼管混凝土構(gòu)件的套箍系數(shù)，sA 為鋼管截面的面積
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