【摘要】：鋼結(jié)構(gòu)憑借其強度高、自重輕、工業(yè)化程度高等優(yōu)點在現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于惡劣的使用環(huán)境及開孔等原因,結(jié)構(gòu)不可避免地存在一些損傷,當(dāng)損傷累積到一定程度時,其力學(xué)性能就會受到明顯影響,需要進(jìn)行加固維修。相比于焊接、螺栓連接及粘貼等傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加固方法存在種種問題,纖維增強復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡稱FRP)憑借其輕質(zhì)、高強、耐腐蝕、可設(shè)計性強及加工方便等諸多優(yōu)點在鋼結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用,該方法是使用結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑將FRP布粘貼在鋼結(jié)構(gòu)表面的一側(cè)或兩側(cè),形成共同受力的FRP-鋼組合板整體,這種方法也逐漸應(yīng)用于受壓鋼結(jié)構(gòu)的加固及維護(hù)。目前,國內(nèi)外眾多學(xué)者對FRP加固受壓鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的試驗研究,但基本都是從構(gòu)件的角度對其加固效果進(jìn)行定性的研究,很難提出一個普遍適用的設(shè)計及承載力計算方法。本文嘗試將使用CFRP加固后的鋼結(jié)構(gòu)看為由多個不同邊界條件的CFRP-鋼組合板構(gòu)成的組合板構(gòu)件,并結(jié)合已有的鋼結(jié)構(gòu)屈曲及極限承載計算方法,從試驗、理論及數(shù)值研究等三方面對CFRP-鋼組合板及其構(gòu)成構(gòu)件的屈曲及極限承載性能進(jìn)行較為深入的研究,具體研究內(nèi)容和成果包括:1、FRP-鋼組合板受壓性能的試驗研究設(shè)計了板平面內(nèi)受壓的試驗裝置,并通過試驗對其可靠性進(jìn)行驗證。進(jìn)而設(shè)計了完好FRP-鋼板組合板及缺陷FRP-鋼組合板試件進(jìn)行試驗研究,考慮的參數(shù)包括板件寬厚比、邊界條件、開孔大小、孔洞位置及單(雙)面貼布等。試驗結(jié)果表明,貼布方向及貼布量對組合板極限荷載有很大的的影響;貼布效果的影響為,雙層內(nèi)縱外橫向貼(LT2)單層內(nèi)縱外橫向貼(LT1)單層內(nèi)橫外縱向貼(TL1)單層縱向貼(L1)單層橫向貼(T1)不貼布;其他條件相同,不同邊界條件下組合板極限荷載的關(guān)系為:2邊固支2邊簡支(2C2S)4邊簡支(4S)2邊固支1邊簡支1邊自由(2C1S1F)3邊簡支1邊自由(3S1F)。2、FRP-鋼組合板屈曲應(yīng)力的理論及數(shù)值參數(shù)化研究基于大撓度理論,得到了組合板屈曲平衡方程及其抗彎剛度的計算方法,進(jìn)而提出了考慮CFRP正交異性及孔洞參數(shù)的FRP-鋼組合板屈曲應(yīng)力的計算公式。對ABAQUS軟件提供的參數(shù)化建模方法進(jìn)行改進(jìn),根據(jù)板件尺寸、是否有孔以及孔洞位置的特征,建立了四個模塊模型input文件及一個腳本psf文件參數(shù)化模型,通過腳本psf文件自動對組合板的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行識別并選擇合適的模塊模型input文件,自動化批量生成CFRP-鋼組合板的數(shù)值模型,該方法克服了傳統(tǒng)參數(shù)化建模無法對結(jié)構(gòu)幾何及網(wǎng)格尺寸進(jìn)行參數(shù)化建模的缺點。并通過試驗驗證了改進(jìn)后參數(shù)化建模方案的可行性,進(jìn)而對屈曲應(yīng)力計算公式中的剛度修正系數(shù)α_D及屈曲系數(shù)Ku進(jìn)行大量參數(shù)分析及研究,得到了的計算公式及的影響曲線。3、FRP-鋼組合板極限荷載的計算方法研究基于組合板屈曲應(yīng)力的計算方法,提出了CFRP-鋼組合板極限荷載的winter強度計算公式。并采用該公式對CFRP-鋼組合板試驗的極限荷載進(jìn)行計算,與已有的鋼板極限荷載的計算公式計算得到的結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了使用winter強度計算公式計算FRP-鋼組合板極限荷載的可靠性。4、FRP-鋼組合板構(gòu)件的試驗研究進(jìn)一步研究FRP-鋼組合板構(gòu)成構(gòu)件的受壓性能,設(shè)計了CFRP-鋼組合板構(gòu)成組合管的受壓性能試驗,試驗主要包括3個方鋼管及12個CFRP-鋼組合管構(gòu)件。采用三維數(shù)字圖像采集系統(tǒng)對構(gòu)件四個面的位移及變形進(jìn)行監(jiān)測,獲得了構(gòu)件荷載-位移曲線及承載性能。為組合板構(gòu)件設(shè)計方法的提出及驗證提供試驗基礎(chǔ)。5、FRP-鋼組合板構(gòu)件軸壓極限荷載的計算方法研究介紹并比較了目前各國規(guī)范中受壓構(gòu)件承載能力的計算方法,提出了體現(xiàn)構(gòu)件整體穩(wěn)定及局部屈曲穩(wěn)定狀態(tài)的構(gòu)件長細(xì)比因子λ_c及板長細(xì)比因子λ_p。結(jié)合第3及5章組合板屈曲應(yīng)力的計算方法、第5章組合板極限荷載的winter強度公式、第7章等效截面模型以及第7章北美冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的計算方法,提出了考慮了邊界條件、開孔大小及位置等參數(shù)的FRP-鋼組合板受壓構(gòu)件極限荷載的計算方法。按照此方法對已有試驗的極限荷載進(jìn)行計算,并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了該方法計算FRP-鋼組合板受壓構(gòu)件極限荷載的可行性。
【圖文】：

裂紋焊接法[19]

螺栓連接[19]
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU398.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2649910