鋼管結(jié)構(gòu)在大跨橋梁、海洋平臺、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)點為研究對象,提出一種GFRP夾層灌漿的修復(fù)方法。采用試驗、有限元和理論方法,研究修復(fù)節(jié)點的受壓性能和破壞模式,揭示修復(fù)節(jié)點的受壓承載機理,提出設(shè)計方法和構(gòu)造建議,對長期服役鋼管結(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個未銹蝕節(jié)點、2個10%銹蝕節(jié)點、3個GFRP夾層灌漿修復(fù)和1個PVC夾層灌漿修復(fù)的10%銹蝕節(jié)點的軸壓性能試驗,結(jié)果表明:（1）節(jié)點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)點的受壓承載力和初始剛度分別比未銹蝕節(jié)點提高了72%和39%。（3）修復(fù)節(jié)點主管焊接連接鍵可增強鋼管與灌漿料夾層之間的錨固,提升受壓節(jié)點初始剛度;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)點銹蝕（d）球形節(jié)點銹蝕圖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，其實際使用時間大多遠未達到50年甚至100年的設(shè)計使用年限，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)點域銹蝕，其強度、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。因此對既有鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的銹蝕修復(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、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)點為研究對象，針對銹蝕鋼管節(jié)點，設(shè)計新型復(fù)合材料加強方式對其進行修復(fù)。由于支管軸壓力會使T形節(jié)點主管發(fā)生局部塑性化變形，進而影響節(jié)點域剛度與承載能力，因此對新型復(fù)合材料夾層灌漿修復(fù)節(jié)點受壓性能進行物理試驗和有限元分析，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)對加強節(jié)點受彎性能的影響，給出新型加強方式的構(gòu)造建議。最后分析新型復(fù)合材料加強節(jié)點的承載機理，給出承載力?

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文4強節(jié)點，對加固和非加固方管T型節(jié)點在往復(fù)荷載作用下進行了試驗和有限元分析。試驗表明加固型節(jié)點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節(jié)點的受壓性能，實驗表明試驗結(jié)果表明，豎向內(nèi)板可以有效地提高方鋼管T型節(jié)點的抗壓承載力，但隨著支主管寬度比的增大，加強效率降低。同時，豎向插板對節(jié)點的應(yīng)力分布和破壞模式影響不大，豎向插板的作用一是擴大主管上翼緣處的屈服范圍，二是帶動主管的下翼緣的屈服。（a）豎向插板加強（b）覆板加強（c）環(huán)口板加強（d）加強新型環(huán)口板（e）豎向加勁肋加強圖1-3節(jié)點焊板加強Figure1-3Weldingplatereinforcedjoint（2）外部加固方式外部加強方法如外部加強板加強[42-45]、外部加勁環(huán)加強[46-49]、纏繞FRP加強[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的方式在全世界廣泛使用，覆板加強T形節(jié)點是在主管的法蘭上焊接加強板，同時將支管直接焊接到板上�；贑hoo[52]和Vegte[53]對這種加強方法進行的一系列試驗和有限元分析，覆板已被證明可以有效提高圓鋼管節(jié)點的軸向性能，增加支管寬度和覆板厚度，覆板加強節(jié)點的極限承載力和初始剛度會顯著增加。圖1-3（c）所示的環(huán)口板加強T形節(jié)點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)的未加強圓鋼管節(jié)點強度相比，外部環(huán)口板對節(jié)點有顯著的加強效果。Nassiraei[43]分析了168個有限元模型，發(fā)現(xiàn)在軸向壓力下環(huán)口板加強的T/Y型節(jié)點的抗壓承載力可達到相應(yīng)非加強節(jié)點強度的270％。

【參考文獻】：
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本文編號：3595032