CFRP钢管混凝土防撞墩台结构抗冲击性能研究
本文选题:CFRP钢管混凝土 切入点:防腐 出处:《大连海事大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着时代的进步,科学技术的发展,新材料、新技术呼之欲出。CFRP作为一种新型复合材料问世以来,其力学性能优势明显。FRP(fiber reinforced plastics)复合材料主要有碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)及玻璃纤维(GFRP)等,其材料形式主要有片材、棒材和型材。CFRP的共同优点是:轻质高强、高弹模、抗疲劳、耐腐蚀耐久性能好、热膨胀系数低等。另外,CFRP复合材料可以节省材料、自由裁剪、施工方便且速度快,虽然其前期投资较大,但维护成本低,经济效益明显。因此,CFRP新型复合材料应用潜力巨大。在实际工程中,冲击问题无处不在,因此提高结构的抗冲击性能意义重大。钢管混凝土构件的优越的抗冲击性能已被大量学者论证,而CFRP约束钢管混凝土构件在力学性能上有着更多优点,尤其是侧向冲击性能的优势,在近些年已有学者对其加以充分论证。因此,FRP钢管混凝土构件应用于整个结构以提高其抗冲击性能具有重要的工程意义。基于CFRP钢管混凝土的优异防腐蚀性能,本文以防撞墩台为例尝试这种新型结构的工程应用。首先简要介绍冲击动力学理论以及国内外几个经典船撞力经验公式,通过本文研究模型的船型参数,估算出防撞墩台所受船撞力的大致范围。为了充分对比分析,本文分别建立经过材料均匀化等效后的钢筋混凝土防撞墩台和不同设计方案下的CFRP钢管混凝土防撞墩台有限元模型,并分别在相同荷载及边界条件下运用有限元软件ABAQUS进行船撞模拟,论证CFRP钢管混凝土防撞墩台的优越的抗冲击性能以及对CFRP钢管混凝土防撞墩台的各个设计方案对应的模拟结果进行多方面的对比分析。最后对钢筋混凝土桩基结构及各个设计方案所对应的CFRP钢管混凝土桩基结构的优势进行定性分析,进一步论证应用CFRP钢管混凝土桩代替原有防撞墩台的钢筋混凝土桩的可行性。
[Abstract]:With the progress of the times, the development of science and technology, new materials and new technologies are ready to emerge. CFRP as a new composite material has come out. Its mechanical properties are obvious. FRP fiber reinforced plastics.Composites mainly include carbon fiber CFRP, aramid fiber AFRPand fiberglass fiber GFRP. its material forms mainly include sheet, bar and section. The common advantages of CFRP are: light and high strength, high elastic modulus, anti-fatigue, etc. In addition, CFRP composite materials can save materials, freely cut, easy and fast construction, although its upfront investment is large, but the maintenance cost is low, the corrosion resistance and durability are good, the coefficient of thermal expansion is low, and so on. The economic benefit is obvious. Therefore, the application potential of CFRP composite is great. In practical engineering, the impact problem is ubiquitous. Therefore, it is of great significance to improve the impact resistance of concrete filled steel tube members. The superior impact resistance of concrete filled steel tubular members has been demonstrated by a large number of scholars, while the CFRP confined concrete filled steel tube members have more advantages in mechanical properties. In particular, the advantages of lateral impact performance, In recent years, it has been fully demonstrated by scholars. Therefore, it is of great engineering significance to apply FRP-filled concrete filled steel tube members to the whole structure in order to improve its impact resistance. Based on the excellent corrosion resistance of CFRP concrete filled steel tube, This paper takes the anti-collision pier and abutment as an example to try the engineering application of this new structure. Firstly, the theory of impact dynamics and several classical empirical formulas of ship collision force at home and abroad are briefly introduced. The ship type parameters of the model are studied in this paper. The approximate range of collision force against collision pier and abutment is estimated. In this paper, the finite element models of reinforced concrete anti-collision pier abutment after homogenization of material and CFRP steel tube concrete anti-collision pier abutment under different design schemes are established respectively. Under the same load and boundary condition, the ship collision simulation is carried out by using the finite element software ABAQUS. The paper demonstrates the superior impact resistance of CFRP concrete filled steel tubular pier abutment and the simulation results corresponding to each design scheme of CFRP concrete filled steel tube pier abutment. Finally, the joint of reinforced concrete pile foundation is compared and analyzed. The advantages of CFRP CFST pile foundation structure corresponding to each design scheme are qualitatively analyzed. The feasibility of using CFRP concrete filled steel tube pile to replace the original reinforced concrete pile with anti-collision abutment is further demonstrated.
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U656
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本文编号:1690824
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