發(fā)布時間：2020-11-19 20:08

　　 內(nèi)河碼頭建設(shè)為適應(yīng)大變幅、大流速的特殊水文環(huán)境和岸坡陡峭、基巖裸露的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境,急需采用大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土聯(lián)合受力樁柱構(gòu)件。這類構(gòu)件由大尺度鋼護(hù)筒(直徑大于1.8m)、鋼筋籠和核心混凝土等組成,其力學(xué)性能、長期工作特性、破壞模式及其工程特性的發(fā)揮與大尺度鋼護(hù)筒-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)滑移損傷效應(yīng)密切相關(guān)。為此,依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《內(nèi)河大尺度鋼和鋼筋混凝土組合高樁碼頭結(jié)構(gòu)界面損傷和能量耗散機(jī)理研究(51579021)》、交通運(yùn)輸西部科技項(xiàng)目《在役高樁碼頭結(jié)構(gòu)整體安全性評估技術(shù)(2014 328 224 040)》和《內(nèi)河大水位差架空直立式碼頭工作性狀分析與全壽命安全性能評估(2014 328 J26 200)》,開展系列試驗(yàn)研究,揭示了鋼護(hù)筒尺度的改變和受力鋼筋的引入時組合結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理;獲得了這類組合構(gòu)件在軸壓荷載和橫向荷載作用下的極限承載力的計算方法;開發(fā)了考慮滑移損傷效應(yīng)的鋼護(hù)筒-混凝土界面的三維有限元模型,并探索分析長期荷載作用下界面的損傷對組合構(gòu)件力學(xué)性能的影響,進(jìn)而建立界面損傷隨時間的積累特性的量化計算方法,最終預(yù)測鋼護(hù)筒-鋼筋混凝土組合構(gòu)件的長期性能和剩余承載性能。具體地,本文主要研究內(nèi)容及所取得的研究成果包括下列方面:(1)通過對大變幅、大流速的特殊水文環(huán)境和岸坡陡峭、基巖裸露的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下,碼頭大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土組合構(gòu)件的工程特性分析,總結(jié)了這類構(gòu)件的工程適用特性及其工作狀態(tài)。得到了這類構(gòu)件在橫向和豎向同時承受荷載時力學(xué)特性規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上分析了這類構(gòu)件的界面工作特征。(2)通過試驗(yàn)研究了大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土組合構(gòu)件在橫向、豎向荷載下的工作特性并提出了其極限承載能力計算公式。通過開展以鋼管的厚度以及鋼筋配筋率為試驗(yàn)變量的組合構(gòu)件的豎向受壓和橫向加載力學(xué)試驗(yàn),研究了組合構(gòu)件在軸向壓力和橫向荷載作用下的荷載位移關(guān)系和相應(yīng)的破壞模式。隨后通過采用極限強(qiáng)度理論及疊加原理,考慮鋼護(hù)筒、配筋率和縱筋對混凝土的約束作用,得出了鋼護(hù)筒-鋼筋混凝土組合構(gòu)件的豎向極限承載能力和橫向極限彎矩的計算表達(dá)式,并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了計算理論的可靠性。(3)構(gòu)建了適用于表達(dá)大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土組合構(gòu)件工作特性且考慮滑移損傷效應(yīng)的鋼護(hù)筒與鋼筋混凝土三維界面模型并提出了其參數(shù)獲取方法。通過大量變動參數(shù)的實(shí)驗(yàn)分析,建立數(shù)學(xué)方程表達(dá)鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土之間的三維變形及其作用下鋼筋混凝土運(yùn)動規(guī)律,利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表達(dá)方程可靠性后,引入混凝土受壓應(yīng)變作為量化指標(biāo),并推導(dǎo)了該指標(biāo)下界面法向、環(huán)向和軸向的荷載傳遞性能的強(qiáng)弱化規(guī)律數(shù)學(xué)表達(dá)公式,進(jìn)而分析了鋼護(hù)筒與混凝土的滑移損傷效應(yīng)對組合構(gòu)件承載性能的影響。在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)探討了界面模型參數(shù)的獲取途徑及其力學(xué)特征。(4)研究了長期工作環(huán)境下,大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土組合構(gòu)件的強(qiáng)弱化規(guī)律并提出了其建議計算方法。通過低應(yīng)力水平下鋼護(hù)筒與鋼筋混凝土構(gòu)件的長期承載性能的試驗(yàn),探討了鋼護(hù)筒厚度對構(gòu)件核心混凝土徐變、鋼護(hù)筒與核心混凝土應(yīng)力重分配規(guī)律。通過將試驗(yàn)結(jié)果與典型混凝土徐變模型計算結(jié)果的對比,修正提出了組合構(gòu)件核心混凝土徐變計算的修正MC90模型及其適用條件。(5)提出了鋼護(hù)筒-鋼筋混凝土組合構(gòu)件長期性能的宏細(xì)觀材料-荷載有限元計算方法。通過在有限元分析方法中嵌入考慮滑移損傷損傷效應(yīng)的鋼護(hù)筒與鋼筋混凝土三維界面模型,并引入考慮損傷積累因子數(shù)學(xué)表達(dá)式,建立了這類組合構(gòu)件的數(shù)值分析方法,利用該方法可以計算分析和預(yù)測內(nèi)河大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝土組合構(gòu)件力學(xué)特性和剩余壽命。并以重慶果園港大尺度鋼護(hù)筒和鋼筋混凝組合實(shí)際和實(shí)驗(yàn)構(gòu)件為依托,對不同鋼護(hù)筒厚度、核心鋼筋混凝土構(gòu)造的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的數(shù)值計算,獲得了基于材料和荷載耦合有限元方法的可靠性,并探討了該類結(jié)構(gòu)的長期工作形狀。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U656.1
【部分圖文】：

施工便捷等優(yōu)勢，目前己廣泛的應(yīng)用到國內(nèi)外的橋梁、建筑、港口碼頭等結(jié)構(gòu)之中。??目前工程中常見的鋼管混凝土截面型式Ｗ可分為圓形、方形、矩形、正多邊形等規(guī)??則截面和Ｌ型、Ｔ型、十字形等不規(guī)則截面，如圖１．１所示。??⑩園議爨??圓形?方形?矩形?正六邊形??ｍ?＿??Ｌ形?Ｔ形?十字形??圖１．１?ＣＦＳＳＴ結(jié)構(gòu)常見的截面型式??隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)大型化、空間化以及使用環(huán)境復(fù)雜化的趨勢，傳統(tǒng)的鋼??管混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用上也暴露出一些缺陷。當(dāng)核心混凝土截面面積過大時，由于鋼??管側(cè)向約束有限，結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)脆性的剪切破壞，造成整體結(jié)構(gòu)的安全隱患。尤??１??

?１．２鋼護(hù)筒－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的受力特性??如圖１．３所示，與傳統(tǒng)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼護(hù)筒－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)減??小了鋼管的約束尺度（鋼管厚度與粧徑之比），同時在核心混凝土中配置了受力鋼??筋。在受力特性層面，二者具有如下區(qū)別：??（１）

為保證配筋率滿足要求，需増大配筋量，導(dǎo)致工程造價増加�？紤]到在??海洋環(huán)境下的基樁施工的特殊性，在目前情況下，多進(jìn)行合樁試驗(yàn)和理論研宄［５４＿５５］。??國內(nèi)學(xué)者李堅平等進(jìn)行了如圖１．５所示的小比尺組合結(jié)構(gòu)模型樁的豎向和橫向受??力試驗(yàn)，研宄發(fā)現(xiàn)粧體嵌巖深度對樁體的承載能力有明顯的影響。??［ＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸｌＸＸＸＸＸｘＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸｊ?Ｐ??ｒＩ??Ｊｌ??Ｊ嚴(yán)也?｜｜?丨輝Ｗｔ?Ｎ??邾著?／?ｉ?＼?ｕ??圍／＾?ｌｌ?Ｉ?Ｉ??－？?－－?？?－?－?：－：？?－?－?ｉｇ：?？?？?－?－?－?？?．－：?：?：：：－：?：：：：：：：?：?：?：?：?：?：?：?：?：－?：?－?＊?－?？：??：：．：－；－．?；：．－．－：?：；：?：?：．：?：：：：：：：■：?：：：?：?：？：?：?：？：?：：：：：．：：?：?：?．；．；．；：??圖１．５小比尺鋼護(hù)筒－鋼筋混凝土組合樁基模型試驗(yàn)??隨著計算機(jī)性能的提升和數(shù)值計算方法的普及，大量學(xué)者通過有限元方法在??機(jī)理層面對組合樁的受力特性進(jìn)行分析。汪承志等［５６］在重慶港果園碼頭二期工程、??上海洋山港等研究基礎(chǔ)上，利用大型有限元軟件ＡＢＡＱＵＳ建立數(shù)值分析模型，并??對比現(xiàn)場試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，分析提出了用最不利單元搜索的荷載組合法。通過大量的??參數(shù)實(shí)驗(yàn)，提出界面位置、鋼護(hù)筒與縱橫聯(lián)系撐連接處、鋼護(hù)筒底部位移是這類結(jié)??構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。鋼護(hù)筒的存在，使得樁芯受到約束應(yīng)力，約束應(yīng)力??對于結(jié)構(gòu)承載能力的提高具有十分重要的作用，所以，二者的聯(lián)合受力條件是重要??條件
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本文編號：2890380