【摘要】：FRP-混凝土板桁組合梁橋是一種能有效發(fā)揮拉擠型材力學(xué)特點(diǎn)的橋梁結(jié)構(gòu)體系,順應(yīng)了我國(guó)橋梁工程發(fā)展高性能新型橋梁體系的趨勢(shì)。欲推廣該組合結(jié)構(gòu)體系在工程中的應(yīng)用,需科學(xué)認(rèn)識(shí)其節(jié)點(diǎn)連接失效機(jī)理并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其承載能力。本文圍繞FRP拉擠型材節(jié)點(diǎn)連接靜載失效機(jī)理的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,通過(guò)理論解析和數(shù)值模擬等方法,研究了FRP拉擠型材多尺度彈性常數(shù)計(jì)算方法、FRP桁架螺栓節(jié)點(diǎn)的漸進(jìn)損傷失效機(jī)理及承載力預(yù)測(cè)方法,并提出FRP-混凝土板桁組合梁橋設(shè)計(jì)流程及方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)FRP材料多尺度力學(xué)性能理論及數(shù)值分析研究了單層板彈性常數(shù)細(xì)觀力學(xué)理論,提出修正混合法的三維補(bǔ)充公式,建立了代表體積單元(RVE)細(xì)觀數(shù)值模型,并編制彈性常數(shù)計(jì)算程序。分析比對(duì)了修正混合法模型、均勻化理論及代表體積單元數(shù)值模型的對(duì)彈性常數(shù)的預(yù)測(cè)精度,提出了單層板彈性常數(shù)計(jì)算方法的優(yōu)化建議。建立了基于經(jīng)典層合板理論的復(fù)合材料層合板三維等效工程常數(shù)計(jì)算方法并編制Matlab計(jì)算程序,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好。建立了不同尺度的復(fù)合材料層合板模型并比較其精度,根據(jù)各模型的特點(diǎn)對(duì)其應(yīng)用范圍提出相應(yīng)的建議。(2)FRP螺栓連接漸進(jìn)損傷失效及承載能力分析提出了以等效層合應(yīng)力分析模型、Hashin-Rotem失效準(zhǔn)則、Matzenmiller剛度退化模型和螺栓節(jié)點(diǎn)失效評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)的FRP螺栓連接漸進(jìn)損傷分析流程。建立了FRP單栓連接漸進(jìn)損傷數(shù)值模型,結(jié)果表明雙剪試件的荷載位移曲線與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合,失效荷載誤差為4.75%;對(duì)比分析了剪切形式對(duì)試件性能的影響,并分析了單剪試件的誤差產(chǎn)生原因。研究了FRP各層孔邊應(yīng)力分布的特點(diǎn)及FRP各層的損傷起始、損傷擴(kuò)展以及極限失效的全過(guò)程�；跐u進(jìn)損傷數(shù)值模型的承載能力預(yù)測(cè)功能,進(jìn)行了幾何參數(shù)對(duì)連接強(qiáng)度的影響分析,提出了FRP螺栓連接的幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。(3)FRP-混凝土板桁組合梁橋節(jié)點(diǎn)受力性能分析提出了開(kāi)口型材夾持節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造并對(duì)其連接區(qū)域按照幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)建議進(jìn)行螺栓排布設(shè)計(jì)。建立了開(kāi)口型材夾持節(jié)點(diǎn)等效層合模型,預(yù)測(cè)了節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)的損傷起始荷載及失效荷載,作為FRP-混凝土板桁組合梁橋型材節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)依據(jù)。分析了腹桿豎直節(jié)點(diǎn)及腹桿傾斜節(jié)點(diǎn)在拉伸和壓縮荷載下的剛度退化規(guī)律。研究了各鋪層損傷趨勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的“纖維-螺栓擠壓角度”相關(guān)聯(lián)的特征。結(jié)合FRP-混凝土界面螺栓連接的推出試驗(yàn)結(jié)果,提出了基于單個(gè)螺栓承載力的FRP-混凝土界面螺栓連接抗剪設(shè)計(jì)方法。(4)FRP-混凝土板桁組合梁橋設(shè)計(jì)方法基于FRP拉擠型材多尺度力學(xué)性能計(jì)算方法、FRP桁架開(kāi)口型材夾持連接數(shù)值模型及FRP-混凝土界面螺栓剪力連接設(shè)計(jì)方法,提出了FRP-混凝土板桁組合梁橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與設(shè)計(jì)流程。進(jìn)行了FRP-混凝土板桁組合梁橋的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)內(nèi)容包括板桁組合截面、桁架立面設(shè)計(jì)、桁架螺栓節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及FRP-混凝土界面連接的設(shè)計(jì)。建立了FRP-混凝土板桁組合梁橋數(shù)值模型,對(duì)其撓度、橋面板應(yīng)力、桁架螺栓節(jié)點(diǎn)連接承載力、界面抗剪承載力等進(jìn)行驗(yàn)算,其結(jié)果符合現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U442.5

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本文編號(hào)：2702094