圆端形钢管-MPC组合结构的力学性能研究
发布时间：2021-08-05 12:58
钢管混凝土结构作为一种组合结构,具有良好的塑性、韧性,在桥梁结构中应用广泛。圆端形截面长轴方向刚度大的特点使得该种截面形式十分适用于横桥向刚度小的桥梁结构墩柱中。MPC复合材料作为一种新型的复合材料具有轻质、高强、早强等特点,十分符合现阶段桥梁快速施工的需求。本文创新性的将以上三者结合形成圆端形钢管-MPC组合结构,并对该种结构的力学性能进行系统研究。本文基于ABAQUS有限元分析软件,对圆端形钢管-MPC组合结构的力学性能进行分析。在确定建模时采用的材料本构、单元类型,网格的划分、界面模拟等问题后,又对圆端形钢管-MPC组合结构的轴压性能、偏压性能以及抗震性能逐一进行分析。首先,采用有限元软件ABAQUS对圆端形钢管-MPC组合结构在轴压荷载作用下进行了全过程仿真模拟,并对圆端形钢管-MPC组合结构在轴压荷载下的受力机理进行了系统的分析,着重对比了该结构与圆端形钢管混凝土的区别。此外,对圆端形钢管-MPC组合结构进行参数分析,研究了不同参数对结构轴压承载力的影响,从而拟合出了圆端形钢管-MPC组合结构轴压承载力的计算公式。其次,对圆端形钢管-MPC组合结构在偏压荷载作用下的套箍效应进...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
桥墩整体切割顶升接高施工示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4图1-2不同内约束形式（单位：mm）2014年，王志滨、谢恩普[1]等人通过试验研究了圆端形钢管混凝土轴压短柱承载力的影响因素。2015年，谢恩普、王志滨[8]等人采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土结构在轴压荷载下的力学性能及受力机理进行了研究。研究结果表明：1、结构承载力随钢管强度、含钢率、加劲肋数量、加劲肋厚度以及混凝土强度的增大而增大，随截面高宽比的增大而减小；2、结构延性随钢管强度、含钢率、加劲肋数量、加劲肋厚度以及截面高宽比的增大而增大，随混凝土强度的增大而减小；3、圆端形钢管混凝土结构的套箍效应、极限承载力、延性等各项力学效应均介于圆形及矩形钢管混凝土结构之间；4、对于圆端形钢管混凝土结构，圆弧段的套箍效应较为明显；5、采用钢管混凝土结构可以有效的提高结构中钢管的延性、峰值应变及剩余承载力。2017年，丁发兴[33]通过试验并结合有限元方法分析了圆端形耐候钢管混凝土结构与普通圆端形钢管混凝土结构的轴压力学性能的差异。赵秋红[10]等人对比分析了不锈钢与普通钢的圆端形钢管混凝土结构的受力性能并分析了圆端形钢管混凝土结构滞回性能的影响因素。两人针对钢管材质的角度，考虑采用特种钢材时对圆端形钢管混凝土结构力学性能的影响。2018年，柳臻[29]对圆端形钢管混凝土结构的约束效应进行了分析，提出了结构承载力通用计算公式。此外，柳臻针对带约束拉杆的圆端形钢管混凝土结构进行了分析研究，其分析结果表明：在圆端形钢管混凝土结构中增加约束拉杆可以有效的提高结构的极限承载力以及结构的延性。2018年，郝怀霖[11]等人基于ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土构件在偏拉荷载下的力学性能进行分析，确定了结构在偏拉荷载下的受力机?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11图2-2钢材本构关系示意图对于上述提到的钢材在应力应变曲线中的五个阶段，下面将给出曲线的确定方式：（1）弹性阶段（oa）（σi≤fp=0.8fy）在弹性阶段内，钢材的应力与应变关系表达式如式（2-1），此时，两者呈线性关系。112233{}[]eddDd(2-1)其中：111(1)[]1(1)(12)11sssssssesssED对称(2-2)式中：Es为钢材的弹性模量，取2.06×106MPa；μs为钢材的泊松比，取0.283。（2）弹塑性阶段（ab）（fp<σi≤fy）在钢材的弹塑性阶段内，切线模量将从弹性阶段的Es降低到0，即到达屈服状态，应用Bleish[25]给出的计算式计算：()()tyiissyppfEEfff(2-3)弹塑性阶段时钢材的泊松比的计算式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆端形椭圆钢管混凝土构件受剪性能分析[J]. 王静峰,盛鸣宇,沈奇罕,马贤峰. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]圆端形钢管混凝土双向偏压柱的力学性能研究[J]. 吴泓均,王志滨,郝怀霖. 福州大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]圆端形钢管混凝土构件的偏拉力学性能研究[J]. 郝怀霖,王志滨,吴泓均. 建筑钢结构进展. 2020(05)
[4]圆端形不锈钢管混凝土桥墩滞回性能有限元分析[J]. 赵秋红,张建周,李忠献. 建筑结构学报. 2017(S1)
[5]圆端形耐候钢管混凝土轴压短柱力学性能研究[J]. 丁发兴,傅强,方常靖. 铁道工程学报. 2017(11)
[6]MPC复合材料快速加固铁路桥梁的基础研究[J]. 周永洪. 公路. 2017(06)
[7]钢筋混凝土空心板梁桥加固前后的破坏性荷载试验研究[J]. 郭建才,刘贵位,高峰,陈炳均,李少鹏,陈小乐. 公路. 2017(04)
[8]基于MPC复合材料进行钢筋混凝土实心板梁桥加固[J]. 郭建才,张彦群,陈炳均,刘贵位. 公路. 2017(03)
[9]圆端形钢管混凝土偏压构件受力性能研究[J]. 李锦华,王二磊. 武汉理工大学学报. 2016(04)
[10]圆端形钢管混凝土轴压短柱的机理分析[J]. 谢恩普,王志滨,林盛,周继忠. 福州大学学报(自然科学版). 2015(04)
博士论文
[1]圆端形钢管混凝土受压力学性能与可靠度研究[D]. 王二磊.武汉理工大学 2012
[2]大尺寸双肢圆端型钢管混凝土斜拉桥设计与施工关键技术研究[D]. 谢建雄.武汉理工大学 2011
[3]钢管混凝土局部受压时的工作机理研究[D]. 刘威.福州大学 2005
硕士论文
[1]基于MPC复合材料的脱空缺陷钢管混凝土加固研究[D]. 彭勃.哈尔滨工业大学 2019
[2]箍筋约束轻骨料混凝土轴压性能研究[D]. 张林琳.长安大学 2018
[3]带约束拉杆圆端形钢管混凝土柱轴压性能研究[D]. 柳臻.武汉理工大学 2018
[4]圆端形钢管混凝土柱的压弯力学性能研究[D]. 高扬虹.福州大学 2018
[5]MPC复合材料加固空心板梁桥整体性技术研究[D]. 陈炳均.哈尔滨工业大学 2017
[6]MPC复合材料加固空心板梁桥的试验研究[D]. 高峰.哈尔滨工业大学 2016
[7]PUFA复合材料抗震加固钢筋混凝土桥墩的试验研究[D]. 宋子龙.哈尔滨工业大学 2014
[8]聚氨酯粉煤灰砂浆复合材料在钢拱桥抗震加固工程中的应用研究[D]. 刘稼琛.哈尔滨工业大学 2012
[9]基于混凝土本构关系的钢管混凝土轴压性能仿真研究[D]. 严岗.华中科技大学 2012
[10]聚氨酯粉煤灰复合材料在桥梁结构抗震加固工程中的应用研究[D]. 李永学.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3323794
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
桥墩整体切割顶升接高施工示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4图1-2不同内约束形式（单位：mm）2014年，王志滨、谢恩普[1]等人通过试验研究了圆端形钢管混凝土轴压短柱承载力的影响因素。2015年，谢恩普、王志滨[8]等人采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土结构在轴压荷载下的力学性能及受力机理进行了研究。研究结果表明：1、结构承载力随钢管强度、含钢率、加劲肋数量、加劲肋厚度以及混凝土强度的增大而增大，随截面高宽比的增大而减小；2、结构延性随钢管强度、含钢率、加劲肋数量、加劲肋厚度以及截面高宽比的增大而增大，随混凝土强度的增大而减小；3、圆端形钢管混凝土结构的套箍效应、极限承载力、延性等各项力学效应均介于圆形及矩形钢管混凝土结构之间；4、对于圆端形钢管混凝土结构，圆弧段的套箍效应较为明显；5、采用钢管混凝土结构可以有效的提高结构中钢管的延性、峰值应变及剩余承载力。2017年，丁发兴[33]通过试验并结合有限元方法分析了圆端形耐候钢管混凝土结构与普通圆端形钢管混凝土结构的轴压力学性能的差异。赵秋红[10]等人对比分析了不锈钢与普通钢的圆端形钢管混凝土结构的受力性能并分析了圆端形钢管混凝土结构滞回性能的影响因素。两人针对钢管材质的角度，考虑采用特种钢材时对圆端形钢管混凝土结构力学性能的影响。2018年，柳臻[29]对圆端形钢管混凝土结构的约束效应进行了分析，提出了结构承载力通用计算公式。此外，柳臻针对带约束拉杆的圆端形钢管混凝土结构进行了分析研究，其分析结果表明：在圆端形钢管混凝土结构中增加约束拉杆可以有效的提高结构的极限承载力以及结构的延性。2018年，郝怀霖[11]等人基于ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土构件在偏拉荷载下的力学性能进行分析，确定了结构在偏拉荷载下的受力机?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11图2-2钢材本构关系示意图对于上述提到的钢材在应力应变曲线中的五个阶段，下面将给出曲线的确定方式：（1）弹性阶段（oa）（σi≤fp=0.8fy）在弹性阶段内，钢材的应力与应变关系表达式如式（2-1），此时，两者呈线性关系。112233{}[]eddDd(2-1)其中：111(1)[]1(1)(12)11sssssssesssED对称(2-2)式中：Es为钢材的弹性模量，取2.06×106MPa；μs为钢材的泊松比，取0.283。（2）弹塑性阶段（ab）（fp<σi≤fy）在钢材的弹塑性阶段内，切线模量将从弹性阶段的Es降低到0，即到达屈服状态，应用Bleish[25]给出的计算式计算：()()tyiissyppfEEfff(2-3)弹塑性阶段时钢材的泊松比的计算式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆端形椭圆钢管混凝土构件受剪性能分析[J]. 王静峰,盛鸣宇,沈奇罕,马贤峰. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]圆端形钢管混凝土双向偏压柱的力学性能研究[J]. 吴泓均,王志滨,郝怀霖. 福州大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]圆端形钢管混凝土构件的偏拉力学性能研究[J]. 郝怀霖,王志滨,吴泓均. 建筑钢结构进展. 2020(05)
[4]圆端形不锈钢管混凝土桥墩滞回性能有限元分析[J]. 赵秋红,张建周,李忠献. 建筑结构学报. 2017(S1)
[5]圆端形耐候钢管混凝土轴压短柱力学性能研究[J]. 丁发兴,傅强,方常靖. 铁道工程学报. 2017(11)
[6]MPC复合材料快速加固铁路桥梁的基础研究[J]. 周永洪. 公路. 2017(06)
[7]钢筋混凝土空心板梁桥加固前后的破坏性荷载试验研究[J]. 郭建才,刘贵位,高峰,陈炳均,李少鹏,陈小乐. 公路. 2017(04)
[8]基于MPC复合材料进行钢筋混凝土实心板梁桥加固[J]. 郭建才,张彦群,陈炳均,刘贵位. 公路. 2017(03)
[9]圆端形钢管混凝土偏压构件受力性能研究[J]. 李锦华,王二磊. 武汉理工大学学报. 2016(04)
[10]圆端形钢管混凝土轴压短柱的机理分析[J]. 谢恩普,王志滨,林盛,周继忠. 福州大学学报(自然科学版). 2015(04)
博士论文
[1]圆端形钢管混凝土受压力学性能与可靠度研究[D]. 王二磊.武汉理工大学 2012
[2]大尺寸双肢圆端型钢管混凝土斜拉桥设计与施工关键技术研究[D]. 谢建雄.武汉理工大学 2011
[3]钢管混凝土局部受压时的工作机理研究[D]. 刘威.福州大学 2005
硕士论文
[1]基于MPC复合材料的脱空缺陷钢管混凝土加固研究[D]. 彭勃.哈尔滨工业大学 2019
[2]箍筋约束轻骨料混凝土轴压性能研究[D]. 张林琳.长安大学 2018
[3]带约束拉杆圆端形钢管混凝土柱轴压性能研究[D]. 柳臻.武汉理工大学 2018
[4]圆端形钢管混凝土柱的压弯力学性能研究[D]. 高扬虹.福州大学 2018
[5]MPC复合材料加固空心板梁桥整体性技术研究[D]. 陈炳均.哈尔滨工业大学 2017
[6]MPC复合材料加固空心板梁桥的试验研究[D]. 高峰.哈尔滨工业大学 2016
[7]PUFA复合材料抗震加固钢筋混凝土桥墩的试验研究[D]. 宋子龙.哈尔滨工业大学 2014
[8]聚氨酯粉煤灰砂浆复合材料在钢拱桥抗震加固工程中的应用研究[D]. 刘稼琛.哈尔滨工业大学 2012
[9]基于混凝土本构关系的钢管混凝土轴压性能仿真研究[D]. 严岗.华中科技大学 2012
[10]聚氨酯粉煤灰复合材料在桥梁结构抗震加固工程中的应用研究[D]. 李永学.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3323794
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