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碳纤维复合材料连续箱梁及悬臂箱梁的剪力滞效应试验研究
| 论文题名： | 碳纤维复合材料连续箱梁及悬臂箱梁的剪力滞效应试验研究 |
| 关键词： | 有限元法;碳纤维复合材料;连续箱梁;悬臂箱梁;剪力滞效应 |
| 摘要： | 碳纤维复合材料箱梁具有力学性能好、自重轻、耐腐蚀和耐疲劳等优点,因此在土木工程方面有着良好的开发及应用前景。目前对于碳纤维复合材料箱梁的研究还比较欠缺,本文就碳纤维复合材料连续箱梁及悬臂箱梁在考虑不同铺层角度和不同宽跨比的剪力滞效应进行了ANSYS有限元计算和试验分析。 本文主要完成了以下工作: (1)对FRP材料、箱梁和剪力滞效应进行了介绍。简述国内外关于碳纤维复合材料箱形梁的研究现状,明确了本文的研究内容和方法。 (2)按国家标准制作了五个单层碳纤维板,通过拉伸试验测定弹性模量和泊松比。制作了[0°/0°/0°/0°/0°],[0°/45°/0°/-45°/0°],[0°/90°/0°/90°/0°]三种铺层的碳纤维层合板,每种铺层做五个板,然后分别对十五个碳纤维层合板进行拉伸试验,测定弹性模量和泊松比,为碳纤维箱梁的研究提供可靠的力学参数。 (3)在对连续梁的研究中,首先利用ANSYS有限元软件计算得到单跨跨中底板及中支座顶板的应力分布曲线,并计算得到剪力滞系数随不同宽跨比和不同铺层角度的变化规律,针对中支座产生的负剪力滞效应,总结了不同铺层角度下,中支座顶板能产生负剪力滞效应所对应的宽跨比。其次对跨中挠度进行分析,得到跨中挠度随铺层角度和宽跨比的变化规律。结合铺层角度提出减小剪力滞效应和提高刚度的办法。最后制作了不同铺层角度和不同宽跨比的碳纤维复合材料箱梁模型,对其进行静载试验,测试应变和挠度。通过比较得出试验测试值与ANSYS有限元计算值结果吻合较好。 (4)对于悬臂梁,首先利用ANSYS有限元软件计算得到悬臂梁的两个横截面的应力分布曲线,计算剪力滞系数,得到正负剪力滞效应随宽跨比和铺层角度的变化规律。通过对y=0和y=b两个纵截面剪力滞效应的分析,得到悬臂梁正负剪力滞分界点随不同宽跨比和不同铺层角度的变化规律。引入产生负剪力滞效应梁段的长度占悬臂梁总长度的比值N这一系数,通过ANSYS有限元分析宽跨比和铺层角度对比值N的影响。其次对悬臂梁自由端挠度进行分析,得到自由端挠度随铺层角度和宽跨比的变化规律。最后对九个悬臂梁进行静载试验,验证了ANSYS有限元分析和试验的合理性。 (5)采用ANSYS有限元软件模拟偏心荷载作用下的悬臂梁,通过ANSYS有限元计算结果和试验测试结果的对比分析,得到悬臂梁跨中截面和固定端截面的应力分布随铺层角度和宽跨比的变化规律,以及自由端扭转角的变化情况。 (6)分析试验过程中容易导致误差的一些因素,结合碳纤维复合材料箱梁模型的制作过程给出了模型制作中需要克服的一些问题,为其它复合材料箱梁试验的顺利进行给出一些建议。 |
| 作者： | 李维东 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 吴亚平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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