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FRP钢管混凝土构件抗冲击性能研究
| 论文题名： | FRP钢管混凝土构件抗冲击性能研究 |
| 关键词： | FRP钢管混凝土构件;抗冲击性能;仿真分析;桥墩结构;有限元模型 |
| 摘要： | FRP（CFRP/GFRP碳/玻璃纤维增强复合材料）钢管混凝土构件是在钢管内部填充混凝土，外部包裹FRP片材而形成的复合结构。该结构利用FRP的增强和防腐作用，有效的改善了钢管混凝土的综合性能，本课题在现有研究工作基础上针对该结构的抗冲击性能进行试验研究和理论分析，为工程设计与应用提供依据。本文研究内容如下: 1.FRP-钢管混凝土构件冲击试验。本文采用落锤式冲击试验机对两端简支试件进行侧向冲击试验。试验的落锤质量为80kg。试件总数为11根，包括8根CFRP钢管混凝土、2根GFRP钢管混凝土以及1根素钢管混凝土。试验获得了冲击力、加速度、位移和应变时程曲线，并基于试件变形、耗能等方面分析FRP种类、包裹方式、厚度和轴压力等因素对FRP钢管混凝土试件抗冲击性能的影响。探讨冲击部位局部接触刚度与结构冲击响应的关系。 2.受腐蚀FRP钢管混凝土构件冲击试验。考虑临海城市海洋性的气候环境，采用模拟5倍海水浓度的溶液对构件进行电化学腐蚀，考查腐蚀损伤对构件抗冲击性能的影响，评估FRP钢管混凝土构件防腐效果。本试验分别采用80kg和100kg两种不同质量的冲击重锤，获取其冲击力时程曲线、加速度时程曲线和最终挠度。通过对比未腐蚀以及受腐蚀试件冲击变形以及耗能等程度，以及对比腐蚀试件两次冲击的劣化程度，分析FRP对钢管混凝土试件的腐蚀防护作用。 3.FRP钢管混凝土构件的侧向冲击仿真分析。应用ABAQUS软件进行冲击试验模拟分析，针对FRP在冲击部位局部破坏问题，对二维Hashin复合材料损伤准则进行修正，提出三维损伤准则，并编写vumat子程序实现。通过与试验数据对比，证实三维损伤准则能够更好的模拟落锤正面撞击后基体的法向压实以及纤维压断的破坏过程，从而实现了对这种复杂结构冲击过程的仿真模拟。 4.参数影响分析和工程实例。对FRP钢管混凝土构件抗冲击性能进行了更加深入的分析，总结冲击能量、FRP厚度以及包裹形式、钢管厚度、内部混凝土强度等级等因素对结构冲击响应的影响规律。最后，以斜塘大桥为研究原型，建立了FRP钢管混凝土桥墩遭受3000t船舶撞击的有限元模型。通过与普通钢管混凝土桥墩进行冲击力、冲击变形等比较，进一步评估FRP加固对结构抗冲击性能的提升作用。 |
| 作者： | 陈忱 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 赵颖华 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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