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CFRP加固钢管混凝土抛物线拱平面内稳定极限承载力研究
| 论文题名： | CFRP加固钢管混凝土抛物线拱平面内稳定极限承载力研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;碳纤维增强复合材料;加固方法;平面内稳定;极限承载力 |
| 摘要： | 钢管混凝土有着100多年的历史，有着承载能力高、施工便捷等优点，现已在桥梁结构中有十分广泛的应用。随着结构技术的发展，钢管混凝土拱桥的跨度也随之不断变大，这就要求必须使用大壁厚钢管或高强钢管以给核心混凝土提供足够的侧向约束，这无疑大大增加了工程造价；同时，在沿海地区、盐碱地区以及频繁使用化冰盐的寒冷地带，钢管混凝土拱桥的钢管腐蚀问题日趋严重，结构的耐久性下降，这使得后期维护成本增大，同时也带来了不容忽视的安全隐患。碳纤维增强复合材料（CFRP）是由碳纤维和聚合树脂经过一定工艺制成的一种新材料，它以其抗拉强度高、轻质、抗腐蚀性和耐久性好等特点在工程中受到广泛使用。本文为了解决钢管混凝土拱桥中钢管的易腐蚀、用钢量大的问题，采用CFRP加固钢管混凝土拱的结构形式，对该结构进行了试验研究和有限元模拟，完成了以下研究内容： （1）进行了3根CFRP加固钢管混凝土抛物线拱试件和2根钢管混凝土抛物线拱试件的平面内稳定极限承载力试验，采用五点竖向对称加载，分析了不同CFRP厚度、不同CFRP缠绕方式以及钢管强度对试件稳定承载力的影响。试验结果表明，拱肋试件在该荷载工况下主要以受压为主，其破坏模式与初始缺陷有很大关系，增大CFRP厚度、钢管强度能提升拱肋试件的平面内极限承载力，而采用环向缠绕加固的CFRP加固试件比采用纵向平铺加固的CFRP加固试件承载力更高。 （2）采用 ABAQUS 有限元软件对拱肋试件进行了数值模拟分析，充分考虑了双重非线性（几何非线性和材料非线性）、CFRP 和钢管对核心混凝土的套箍作用以及初始缺陷的影响，计算并绘制得到了模型的荷载-位移曲线，将其与试验所得结果进行对比，最终验证了试验结果的可靠性与有限元模型的正确性。 （3）采用验证后的有限元模型分析钢管强度、混凝土强度、FRP厚度、CFRP缠绕角度和含钢率等参数对CFRP加固钢管混凝土拱平面内稳定极限承载力的影响。基于参数分析结果和现有钢管混凝土拱平面内稳定承载力计算公式，提出了考虑 FRP 套箍系数的计算方法。 |
| 作者： | 付辉 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 黄永辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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