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GFRP-混凝土組合梁彎曲性能及損傷預(yù)警研究

發(fā)布時(shí)間:2018-12-12 02:56
【摘要】:輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久是現(xiàn)代橋梁工程的發(fā)展方向。FRP因其強(qiáng)度高、耐久性好等特性,近年來被越來越廣泛地應(yīng)用于橋梁等工程領(lǐng)域中。然而,FRP也由于其脆性破壞等原因在應(yīng)用中受到了一些限制,為了解決這些問題,一些學(xué)者開始研究FRP與其他材料的組合構(gòu)件,使新型構(gòu)件各組成部分材料的性能得到充分發(fā)揮。本文在國內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了 1根全GFRP工字梁與6根由不同規(guī)格的螺栓連接件錨固的工字型GFRP-混凝土組合梁,并對(duì)試驗(yàn)梁的彎曲性能、損傷預(yù)警、參數(shù)優(yōu)化等進(jìn)行了研究。論文的主要研究工作和成果有:1.通過四點(diǎn)彎曲試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)梁的荷載-撓度曲線、荷載-應(yīng)變關(guān)系以及螺栓直徑對(duì)組合梁承載力的影響、混凝土高度對(duì)組合梁剛度的影響等進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示,充分利用GFRP復(fù)合材料與混凝土這兩種材料各自的性能,可大幅提升結(jié)構(gòu)承載能力;螺栓體積率設(shè)置在1%左右,能夠較好的滿足GFRP與混凝土之間的變形協(xié)調(diào);將混凝土梁高與GFRP工字梁高控制在合理的范圍內(nèi),可防止組合梁發(fā)生脆性破壞。2.應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)7根梁的加載全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè),以分形理論為基礎(chǔ),對(duì)試驗(yàn)過程中的聲發(fā)射能量參數(shù)時(shí)間序列進(jìn)行相空間重構(gòu),并將Matlab編程計(jì)算的聲發(fā)射能量參數(shù)時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)值作為定量指標(biāo),分析試驗(yàn)梁的損傷規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)梁關(guān)聯(lián)維數(shù)值的變化可以反映GFRP復(fù)合材料內(nèi)部的纖維斷裂等損傷演化規(guī)律;對(duì)于應(yīng)用GFRP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu),可以在剪力較大區(qū)域布置聲發(fā)射傳感器,當(dāng)相應(yīng)的關(guān)聯(lián)維數(shù)值出現(xiàn)“持續(xù)高幅波動(dòng)”,表明結(jié)構(gòu)已達(dá)到極限承載力的70%左右,需要引起足夠重視并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。3.使用ANSYS軟件建立了 GFRP-混凝土組合梁的有限元模型,模型的有效性得到了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,應(yīng)用該有限元模型進(jìn)一步對(duì)GFRP-混凝土組合梁進(jìn)行了數(shù)值分析。研究表明:FRP級(jí)別應(yīng)該與混凝土強(qiáng)度相匹配,才能更有效發(fā)揮兩種材料的性能;優(yōu)化后的的工字型GFRP-混凝土組合梁腹板的剪切撓度系數(shù)能夠使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全;混凝土截面與GFRP工字型截面的高度比在0.33~0.58范圍,是比較合理的截面形式。本文在GFRP-混凝土組合梁合理的螺栓體積率、損傷預(yù)警方法以及截面設(shè)計(jì)的優(yōu)化高度比等方面的研究,為GFRP-混凝土組合梁的推廣應(yīng)用提供了一定的參考依據(jù)。
[Abstract]:Light weight, high strength and durability are the development direction of modern bridge engineering. FRP is more and more widely used in bridge engineering field in recent years because of its high strength, good durability and other characteristics. However, because of its brittle failure and other reasons, FRP has been limited in application. In order to solve these problems, some scholars have begun to study the composite components of FRP and other materials. The properties of each component material of the new type component can be fully developed. Based on the research of scholars at home and abroad, this paper designs a full GFRP I-beam and 6 I-shaped GFRP- concrete composite beams anchored by bolt connectors of different specifications. The bending behavior and damage warning of the test beams are also given. Parameter optimization was studied. The main research work and achievements are as follows: 1. Through four-point bending test, the load-deflection curve, load-strain relationship, the influence of bolt diameter on the bearing capacity of composite beam and the influence of concrete height on the stiffness of composite beam are analyzed. The experimental results show that the load-bearing capacity of the structure can be greatly improved by fully utilizing the properties of GFRP composite and concrete, and the bolting volume ratio is about 1%, which can better meet the deformation coordination between GFRP and concrete. By controlling the height of concrete beam and GFRP I-beam within a reasonable range, the brittle failure of composite beam can be prevented. 2. The whole loading process of 7 beams was monitored by acoustic emission technology. Based on fractal theory, phase space reconstruction of the time series of acoustic emission energy parameters was carried out. The correlation dimension of the acoustic emission energy parameter time series calculated by Matlab is taken as the quantitative index to analyze the damage law of the test beam. It is found that the change of the correlation dimension of the test beam can reflect the damage evolution law of fiber fracture in GFRP composite. For structures with GFRP composite materials, acoustic emission sensors can be arranged in large shear regions. When the corresponding correlation dimension values show "sustained high amplitude fluctuation", it shows that the structure has reached about 70% of the ultimate bearing capacity. Need for adequate attention and enhanced monitoring. 3. The finite element model of GFRP- concrete composite beam is established by using ANSYS software. The validity of the model is verified by experimental data. The numerical analysis of GFRP- concrete composite beam is carried out by using the finite element model. The results show that the FRP grade should be matched with the concrete strength in order to give full play to the performance of the two materials, and the optimized shear deflection coefficient of the I-shaped GFRP- concrete composite beam web can make the structure design safer. The height ratio of concrete section to GFRP I-shaped section is in the range of 0.33 ~ 0.58, which is a reasonable section form. In this paper, the reasonable bolt volume ratio, damage warning method and optimized height ratio of GFRP- concrete composite beam are studied, which provides a certain reference for the popularization and application of GFRP- concrete composite beam.
【學(xué)位授予單位】:北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號(hào)】:TU398.9;TU317

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào):2373770

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