【摘要】：隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工業(yè)化要求的提高,預(yù)制拼裝混凝土結(jié)構(gòu)體系得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。預(yù)制拼裝混凝土結(jié)構(gòu)需要足夠的預(yù)加力錨固預(yù)制的構(gòu)件,正常服役過(guò)程中應(yīng)力水平較高,存在較為顯著的混凝土徐變現(xiàn)象和預(yù)應(yīng)力松弛現(xiàn)象。近年來(lái),約束混凝土構(gòu)件越來(lái)越多地用作這一結(jié)構(gòu)體系的主要承壓構(gòu)件,而考慮徐變和松弛耦合作用的約束混凝土性能研究尚存較大空缺�；诖吮尘�,本文分別針對(duì)鋼管混凝土和FRP約束混凝土所涉及的相關(guān)問(wèn)題,在理論模型的研究和分析工具的開(kāi)發(fā)兩個(gè)方面開(kāi)展了較為系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容和創(chuàng)新性貢獻(xiàn)如下:(1)基于OpenSees的纖維單元技術(shù),實(shí)現(xiàn)了分析工具的開(kāi)發(fā)。一方面,完成了OpenSees新材料的二次開(kāi)發(fā),為有效嵌入任意自主開(kāi)發(fā)的材料單軸本構(gòu)提供了接口;另一方面,建立了節(jié)段式混凝土橋墩的通用纖維單元模型,為預(yù)制拼裝混凝土結(jié)構(gòu)提供了精確、高效的數(shù)值分析工具。(2)針對(duì)鋼管混凝土和FRP約束混凝土,完成了單軸本構(gòu)模型的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。提出了一種形式簡(jiǎn)潔、物理意義明晰的單參指數(shù)型鋼管混凝土本構(gòu)模型,改進(jìn)了混凝土下降段的表達(dá);基于Lam和Teng的FRP約束混凝土本構(gòu)模型,提高了模型對(duì)高強(qiáng)混凝土和不同類型FRP材料的通用性。將本文模型通過(guò)二次開(kāi)發(fā)嵌入OpenSees,結(jié)合多種工況下的試驗(yàn),對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。(3)針對(duì)鋼管混凝土,提出了軸壓作用下耦合徐變和松弛的長(zhǎng)期變形分析模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)其任意目標(biāo)時(shí)刻應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)的高效、準(zhǔn)確預(yù)測(cè),在保證精度的基礎(chǔ)上相比經(jīng)典模型提高了10-15倍的計(jì)算效率;提出了考慮徐變和松弛的鋼管混凝土本構(gòu)模型,從本構(gòu)關(guān)系的角度描述了徐變和松弛耦合作用對(duì)其力學(xué)性能的影響機(jī)理。參數(shù)研究表明,徐變和松弛耦合作用可能造成高達(dá)25%-30%的預(yù)應(yīng)力損失,對(duì)結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)存在較為顯著的負(fù)面影響。(4)針對(duì)FRP約束混凝土,考慮FRP的材料特性,提出了考慮徐變的預(yù)應(yīng)力FRP約束混凝土構(gòu)件的長(zhǎng)期變形分析模型,提出了考慮徐變和松弛的FRP約束混凝土本構(gòu)模型,從本構(gòu)關(guān)系的角度描述了FRP徐變、混凝土徐變和預(yù)應(yīng)力松弛等效應(yīng)對(duì)其力學(xué)性能的影響機(jī)理。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn),驗(yàn)證了本文提出的長(zhǎng)期變形分析模型和FRP約束混凝土本構(gòu)模型的有效性。
[Abstract]:With the improvement of the industrialization of the construction of the infrastructure, the pre-assembled concrete structure system has been developed rapidly. The precast and assembled concrete structure requires sufficient pre-stressing and pre-stressed components, and the stress level in the normal service process is high, and the concrete creep phenomenon and the pre-stress relaxation phenomenon are obvious. In recent years, more and more constrained concrete components are used as the main pressure-bearing components of this structural system, and there are still large gaps in the performance of the confined concrete considering creep and relaxation coupling. Based on this background, the paper has carried out a systematic study on the development of the theoretical model and the development of the analytical tools, and the main contents and the innovative contributions of this paper are as follows: (1) The development of the analysis tool is realized based on the technology of the fiber unit of OpenSees. On the one hand, the secondary development of the new materials of the OpenSees is completed, which provides an interface for the effective embedding of the single-axis constitutive model of any self-developed material; on the other hand, a general fiber unit model of the segmental concrete pier is established, so that the pre-assembled concrete structure is provided with precision, An efficient numerical analysis tool. (2) The development and improvement of the uniaxial constitutive model were completed for CFST and FRP-confined concrete. The constitutive model of a single-parameter-type steel tube with simple form and clear physical meaning is proposed, and the expression of the concrete section is improved. The constitutive model of the FRP-confined concrete based on Lam and Teng is used to improve the universality of the model to the high-strength concrete and the different types of FRP materials. In this paper, the model of this paper is embedded in OpenSees through secondary development, and the accuracy of this model is verified by the test under various working conditions. (3) Aiming at the concrete of the steel pipe, the long-term deformation analysis model of the coupling creep and the relaxation under the action of the axial compression is put forward, and the high-efficiency and accurate prediction of the stress and the strain state at any target moment is realized, and the calculation efficiency of 10-15 times is improved compared with the classical model on the basis of ensuring the accuracy; The effect of creep and relaxation coupling on the mechanical properties of a steel-filled steel-filled concrete constitutive model considering creep and relaxation is put forward. The parametric studies show that creep and relaxation coupling may result in a pre-stress loss of up to 25% to 30%, which has a significant negative effect on the normal use limit state of the structure. (4) For FRP-confined concrete, considering the material properties of FRP, a long-term deformation analysis model of the prestressed FRP-confined concrete member considering creep is put forward, and the constitutive model of the FRP-restrained concrete considering creep and relaxation is put forward, and the creep of the FRP is described from the constitutive relation. The effect of concrete creep and stress relaxation on the mechanical properties of the concrete. In this paper, the long-term deformation analysis model and the validity of the FRP-confined concrete constitutive model are verified in the paper.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU378

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本文編號(hào)：2510030