鋼管結(jié)構(gòu)在大跨橋梁、海洋平臺(tái)、風(fēng)電設(shè)施中廣泛應(yīng)用,長期服役后難免發(fā)生銹蝕損傷,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全性。節(jié)點(diǎn)區(qū)域應(yīng)力分布復(fù)雜,易發(fā)生防銹涂層脫落、開裂等問題,一旦銹蝕更易引發(fā)安全事故,亟需開發(fā)有效的修復(fù)技術(shù)。本文以銹蝕T型圓鋼管節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象,提出一種GFRP夾層灌漿的修復(fù)方法。采用試驗(yàn)、有限元和理論方法,研究修復(fù)節(jié)點(diǎn)的受壓性能和破壞模式,揭示修復(fù)節(jié)點(diǎn)的受壓承載機(jī)理,提出設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造建議,對(duì)長期服役鋼管結(jié)構(gòu)的性能提升和安全承載具有重要意義。首先,完成了2個(gè)未銹蝕節(jié)點(diǎn)、2個(gè)10%銹蝕節(jié)點(diǎn)、3個(gè)GFRP夾層灌漿修復(fù)和1個(gè)PVC夾層灌漿修復(fù)的10%銹蝕節(jié)點(diǎn)的軸壓性能試驗(yàn),結(jié)果表明:（1）節(jié)點(diǎn)的受壓承載力和初始剛度因支主管直徑比增大而提升,因主管銹蝕而劣化。（2）GFRP夾層灌漿修復(fù)方式可以有效提高銹蝕節(jié)點(diǎn)的極限承載力和初始剛度,且修復(fù)效果隨著β增大而提高,β=0.8修復(fù)節(jié)點(diǎn)的受壓承載力和初始剛度分別比未銹蝕節(jié)點(diǎn)提高了72%和39%。（3）修復(fù)節(jié)點(diǎn)主管焊接連接鍵可增強(qiáng)鋼管與灌漿料夾層之間的錨固,提升受壓節(jié)點(diǎn)初始剛度;GFRP外管與內(nèi)鋼管的約束作用使夾心灌漿層處于三向受壓狀態(tài),避免了PVC夾層灌漿修... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋼管結(jié)

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文2（a）鋼管橋墩銹蝕（b）鐵路橋銹蝕（c）相貫節(jié)點(diǎn)銹蝕（d）球形節(jié)點(diǎn)銹蝕圖1-2鋼管結(jié)構(gòu)銹蝕Figure1-2Corrodedsteeltubularstructures近年來我國東部沿海地區(qū)建有許多鋼結(jié)構(gòu)大跨橋梁，其實(shí)際使用時(shí)間大多遠(yuǎn)未達(dá)到50年甚至100年的設(shè)計(jì)使用年限，未來這些橋梁都將面臨老化、腐蝕等一系列問題，如圖1-2（a-b）所示。對(duì)于這類承受高幅值活載并且空間受力十分復(fù)雜的大跨徑橋梁而言，其節(jié)點(diǎn)連接處是最易產(chǎn)生疲勞問題[7,8]。鋼桁架結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)起著骨與骨的連接作用，既連接了各關(guān)鍵構(gòu)件，又傳遞了結(jié)構(gòu)的荷載，一旦產(chǎn)生如圖1-2（c-d）所示的節(jié)點(diǎn)域銹蝕，其強(qiáng)度、塑性等力學(xué)指標(biāo)將明顯下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的正常使用和安全性能。因此對(duì)既有鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的銹蝕修復(fù)急需開展深入的研究，充分利用高性能材料、尋求有效合理的鋼管結(jié)構(gòu)銹蝕修復(fù)體系極具意義。FRP復(fù)合材料[9,11]作為一種新式高性能材料，輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、易加工，在大跨結(jié)構(gòu)及海洋工程加固中廣為應(yīng)用，例如由FRP外管、鋼內(nèi)管以及兩者之間填充混凝土組成的DSTM雙壁空心構(gòu)件[10-13]、FRP約束型鋼混凝土[14-16]等，這類FRP管內(nèi)填混凝土(concrete-filledFRPtubes)組合構(gòu)件特別適用于有抗震設(shè)防要求地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)[10,14]。本文以鋼管結(jié)構(gòu)中常見的T形圓鋼管節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，針對(duì)銹蝕鋼管節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)新型復(fù)合材料加強(qiáng)方式對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。由于支管軸壓力會(huì)使T形節(jié)點(diǎn)主管發(fā)生局部塑性化變形，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)域剛度與承載能力，因此對(duì)新型復(fù)合材料夾層灌漿修復(fù)節(jié)點(diǎn)受壓性能進(jìn)行物理試驗(yàn)和有限元分析，明確其破壞形態(tài)和受壓性能，并分析不同復(fù)合材料夾層灌漿參數(shù)對(duì)加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)受彎性能的影響，給出新型加強(qiáng)方式的構(gòu)造建議。最后分析新型復(fù)合材料加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載機(jī)理，給出承載力?

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文4強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，對(duì)加固和非加固方管T型節(jié)點(diǎn)在往復(fù)荷載作用下進(jìn)行了試驗(yàn)和有限元分析。試驗(yàn)表明加固型節(jié)點(diǎn)的滯回曲線封閉面積大于未加固試件的滯回曲線封閉面積，這是由于主管的厚度的增加可以防止斷裂破壞、提高承載力。Chang等[36,41,42]研究了如圖1-3（a）所示的方鋼管豎向插板加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的受壓性能，實(shí)驗(yàn)表明試驗(yàn)結(jié)果表明，豎向內(nèi)板可以有效地提高方鋼管T型節(jié)點(diǎn)的抗壓承載力，但隨著支主管寬度比的增大，加強(qiáng)效率降低。同時(shí)，豎向插板對(duì)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布和破壞模式影響不大，豎向插板的作用一是擴(kuò)大主管上翼緣處的屈服范圍，二是帶動(dòng)主管的下翼緣的屈服。（a）豎向插板加強(qiáng)（b）覆板加強(qiáng)（c）環(huán)口板加強(qiáng)（d）加強(qiáng)新型環(huán)口板（e）豎向加勁肋加強(qiáng)圖1-3節(jié)點(diǎn)焊板加強(qiáng)Figure1-3Weldingplatereinforcedjoint（2）外部加固方式外部加強(qiáng)方法如外部加強(qiáng)板加強(qiáng)[42-45]、外部加勁環(huán)加強(qiáng)[46-49]、纏繞FRP加強(qiáng)[50]等方式，無需在主管或支管上開孔洞，建造方便。如圖1-3（b）所示，由Korol[51]最早研究的覆板加強(qiáng)的方式在全世界廣泛使用，覆板加強(qiáng)T形節(jié)點(diǎn)是在主管的法蘭上焊接加強(qiáng)板，同時(shí)將支管直接焊接到板上�；贑hoo[52]和Vegte[53]對(duì)這種加強(qiáng)方法進(jìn)行的一系列試驗(yàn)和有限元分析，覆板已被證明可以有效提高圓鋼管節(jié)點(diǎn)的軸向性能，增加支管寬度和覆板厚度，覆板加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的極限承載力和初始剛度會(huì)顯著增加。圖1-3（c）所示的環(huán)口板加強(qiáng)T形節(jié)點(diǎn)是支管焊接在主管法蘭上，環(huán)口板焊接在主管法蘭上再焊接到支管周圍，與相應(yīng)的未加強(qiáng)圓鋼管節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度相比，外部環(huán)口板對(duì)節(jié)點(diǎn)有顯著的加強(qiáng)效果。Nassiraei[43]分析了168個(gè)有限元模型，發(fā)現(xiàn)在軸向壓力下環(huán)口板加強(qiáng)的T/Y型節(jié)點(diǎn)的抗壓承載力可達(dá)到相應(yīng)非加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的270％。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]表面焊板加強(qiáng)方鋼管T型節(jié)點(diǎn)的受壓性能[J]. 常鴻飛,左文康,任騰龍,夏軍武,郭震.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(11)
[2]方鋼管覆板及插板加強(qiáng)T型節(jié)點(diǎn)彎曲滯回性能研究[J]. 常鴻飛,秦福陽,左文康,謝偉,周綠元,夏軍武.  中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(06)
[3]方鋼管豎向插板加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)受壓承載性能分析[J]. 常鴻飛,徐瑋,左文康,劉帥鵬,夏軍武.  中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(09)
[4]銹蝕后螺栓球節(jié)點(diǎn)抗拉力學(xué)性能試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[J]. 譚志倫,劉紅波,王小盾,杜潤.  工業(yè)建筑. 2019(08)
[5]槽鋼連接的裝配式矩形鋼管柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)平面內(nèi)受彎性能分析[J]. 錢玉龍,常鴻飛,劉帥鵬,周綠元,左文康.  建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào). 2018(S2)
[6]新材料組合結(jié)構(gòu)[J]. 滕錦光.  土木工程學(xué)報(bào). 2018(12)
[7]FRP-鋼-混凝土組合柱的研究現(xiàn)狀[J]. 史慶軒,戎翀,陳云梟.  建筑材料學(xué)報(bào). 2019(03)
[8]方鋼管焊接T型節(jié)點(diǎn)軸向滯回性能分析[J]. 常鴻飛,羅梓,徐瑋,孔偉.  中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[9]往復(fù)荷載作用下鋼管混凝土疊合柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究[J]. 錢煒武,李威,韓林海,趙曉林.  土木工程學(xué)報(bào). 2017(07)
[10]覆板加強(qiáng)的方鋼管T形節(jié)點(diǎn)軸向滯回性能試驗(yàn)研究[J]. 常鴻飛,夏軍武,羅梓,陸翊珉,周春波,祝華權(quán).  建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào). 2017(05)

博士論文
[1]干燥條件下混凝土內(nèi)部非均勻應(yīng)力/應(yīng)變的表征與模擬及其對(duì)裂縫形成和擴(kuò)展的影響[D]. 陳陽.華南理工大學(xué) 2019
[2]銹蝕后薄壁圓鋼管混凝土柱承載性能退化機(jī)理[D]. 張風(fēng)杰.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
[3]中空夾層鋼管混凝土—鋼管K形連接節(jié)點(diǎn)工作機(jī)理研究[D]. 侯超.清華大學(xué) 2014
[4]海洋浪花飛濺區(qū)鋼鐵腐蝕過程和修復(fù)技術(shù)研究[D]. 劉建國.中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所） 2010

碩士論文
[1]含鋼率和型鋼類型對(duì)GFRP管約束型鋼再生混凝土柱性能影響的試驗(yàn)研究[D]. 徐橋.廣州大學(xué) 2019
[2]銹蝕鋼管樁的抗震性能及加固研究[D]. 吳云鵬.中國礦業(yè)大學(xué) 2018
[3]氯離子環(huán)境下鋼管短柱軸壓力學(xué)性能研究[D]. 李騏.華東交通大學(xué) 2017
[4]CFRP布加固鋼管桁架K型節(jié)點(diǎn)靜力性能有限元分析[D]. 陳沿辰.長安大學(xué) 2017
[5]考慮腐蝕效應(yīng)的圓鋼管軸向受力性能研究[D]. 宋鋼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3595032