基于MPC复合材料的脱空缺陷钢管混凝土加固研究

发布时间：2020-11-21 02:29

　　 钢管混凝土结构在当前桥梁工程中应用日渐广泛,甚至成为拱桥的主流结构形式。但因施工质量、混凝土收缩徐变等原因产生的脱空缺陷制约着钢管混凝土结构的使用性能。本文沿着目前主流的治理思路,创新性地采用MPC复合材料对脱空钢管混凝土进行二次灌浆处理,并考察MPC复合材料加固处理对钢管混凝土轴压性能的恢复,本文主要完成了以下工作:本文基于已有研究,介绍并分析了钢管混凝土的工作机理,并且基于极限平衡理论,完善了对脱空钢管混凝土的极限承载力的理论推导,对脱空缺陷有了更深的理论理解,从极限平衡角度分析了脱空对钢管混凝土轴压性能的影响程度。其次,根据研究需要,设计了脱空率、含钢率、加固状况各不相同的21个钢管混凝土短柱试件,并完成了钢材、混凝土、MPC复合材料各自的材料基本性能试验。此后,完成了对试件轴压试验的测点布置、试验方案、加载方式的研究及选定。根据制定的科学试验方案,对21个试件的加载全过程进行了位移、应变监测,并记录了不同试验参数下外围钢管的变形形态以及内部混凝土、MPC复合材料的破坏形式。分析试验结果表明,MPC复合材料对不同脱空率、含钢率的钢管混凝土试件的轴压性能均有优异的加固效果。通过总结已有研究并结合试算工作,选定了适宜的钢材、混凝土本构关系、材料间的接触关系,并结合之前对MPC复合材料的实际材料试验结果,建立了全体21个试件的有限元模型,运用ABAQUS软件进行了加载全过程的非线性有限元求解。计算结果与试验结果基本吻合,起到了相互验证、相互补充的作用。提取有限元结果,对完整试件、脱空试件、加固试件的应力分布、受力特点、承载力变化、钢管侧向变形特点等进行了详尽地分析,最终结果表明MPC复合材料能够有效提高脱空缺陷钢管混凝土的轴压性能、改善应力分布、抑制钢管内凹变形程度,且对不同工况下的缺陷试件均有很好的适应性,加固效果稳定,均能将缺陷试件的极限承载力恢复至原试件的90%以上。最后对MPC复合材料加固效果进行了参数分析,计算了不同参数对不同MPC类型加固效率的影响,得到了相关规律,并与试验相互验证。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU398.9
【部分图文】：

钢管混凝土脱空缺陷脱空缺陷主要产生原因主要有两大方面，第一类为钢管混凝土拱桥在空

与钢管内壁脱粘并形成环形的空腔。第一类托空权限常称为“球冠形脱空缺陷”，第二类称为“环形脱空缺陷”。图1-2 钢管混凝土脱空缺陷类型示意图目前来说，二次灌浆法是对钢管混凝土脱空缺陷进行加固处理的主流手段，所谓“二次灌浆法”，为在检测到有脱空缺陷处对该处钢管进行开孔，并注入水泥砂浆液或改性环氧砂浆填充补空，恢复原结构部分承载力。二次灌浆之后，一般要对该处脱空部位进行超声检测，判断是否仍有脱空以及是否需要重复灌浆[2]。此外，目前还有在脱空钢管混凝土外侧采用稍大的新钢管进行焊接、灌注，使其与原脱空的钢管共同受力的加固方法，以及横穿螺栓、外套法兰盘等加固方法。哈尔滨工业大学刘贵位教授课题组经过数年研发以及试验工作，研制出具有高强、韧性好、施工方便的 MPC 复合材料。由于 MPC 复合材料问世时间相对较短

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-9-图2-1 核心混凝土以及外围钢管应力状态示意图2.2.1 核心混凝土三向受压极限对于上述混凝土的三向受压应力状态，根据材料在线弹性范围内的广义虎克定律，得到核心混凝土三向应变[24]：1 1 2 32 2 1 33 3 1 21[ ( )]1[ ( )]1[ ( )]EEE (2-1)从上式可以看出，当核心混凝土处于三向受压状态，因其三向应变随之减小，各向应力值相应增大，能够使极限承载力得到提高。根据钟善桐[25]的研究，钢管混凝土受荷时的组合性能和破坏性质随套箍系数 的不同而不同，套箍系数计算方法如下式：s y yc ck ckA f fA f f (2-2)其中 为钢管混凝土构件的套箍系数，sA 为钢管截面的面积
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本文编号：2892377