【摘要】：由于碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,以下簡稱CFRP)的優(yōu)勢,將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到箱梁結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計中已成為一種趨勢,這種碳纖維復(fù)合箱形截面梁具有良好的力學(xué)性能,廣泛地應(yīng)用在國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)中。太陽輻射下CFRP加固混凝土箱梁周圍的氣象參數(shù)對其影響很大,如太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度及風(fēng)速等,且外部粘貼的CFRP勢必改變原混凝土箱梁溫度場,進(jìn)而影響溫度效應(yīng)�；谄浇孛婕俣ㄍ茖�(dǎo)的溫度自應(yīng)力及溫度界面剪應(yīng)力的解析式被應(yīng)用于梁的工程設(shè)計中,但對于具有空間力學(xué)行為箱梁理論還需要繼續(xù)研究。在太陽輻射作用下,建立可以適用于CFRP加固混凝土箱梁的溫度自應(yīng)力及溫度界面剪應(yīng)力分析理論和計算方法非常重要。本文在已有試驗研究成果的基礎(chǔ)上,針對太陽輻射作用下的CFRP加固混凝土簡支箱梁,通過理論推導(dǎo)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)的研究了CFRP加固混凝土簡支箱梁的溫度場及其溫度效應(yīng),主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測功能,根據(jù)太陽輻射下的CFRP加固混凝土箱梁的初始條件及邊界條件,及自身熱力學(xué)材料特點(diǎn),確定CFRP加固箱梁的主要影響因素,建立其溫度場神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型,并與試驗數(shù)據(jù)對比分析。(2)基于薄壁箱梁理論,對太陽輻射下的CFRP加固混凝土箱梁的溫度自應(yīng)力及界面溫度剪應(yīng)力,同時結(jié)合熱彈性力學(xué),復(fù)合材料力學(xué)等理論,運(yùn)用能量變分原理建立CFRP加固箱梁的溫度自應(yīng)力及界面溫度應(yīng)力的控制微分方程。并對CFRP加固簡支箱梁,在根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范選取太陽輻射豎向溫度梯度下,分別推導(dǎo)了CFRP加固簡支箱梁溫度自應(yīng)力及其界面溫度剪應(yīng)力的計算公式。(3)只在現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的箱梁豎向非線性溫度梯度作用下,采用共節(jié)點(diǎn),粘結(jié)單元及接觸單元三種界面處理方式相結(jié)合,利用大型通用軟件ANSYS建立CFRP加固簡支箱梁有限元模型,與理論公式對比分析溫度自應(yīng)力、溫度界面應(yīng)力及其剪力滯效應(yīng)分布規(guī)律。通過本文的研究結(jié)果表明:滿足一定精度的要求下,可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用實測的太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度及風(fēng)速等氣象參數(shù),簡單快速地預(yù)測出CFRP加固箱梁溫度場,本文的預(yù)測值與實測值吻合良好,最大誤差僅為3.6%;只在豎向非線性溫度梯度作用下,本文的溫度自應(yīng)力、界面溫度應(yīng)力及其剪力滯效應(yīng)解析解與有限元解整體變化規(guī)律一致,吻合較好。且CFRP加固混凝土箱梁界面附近區(qū)域三種材料的最大值位置不統(tǒng)一,即分別為混凝土跨中邊緣、CFRP粘結(jié)端部中線,而界面剪應(yīng)力粘結(jié)端部邊緣。對于剪力滯問題,通過均一混凝土材料與CFRP加固混凝土箱梁對比可知,粘貼的碳纖維布使縱向應(yīng)力變化更均勻。
[Abstract]:Because of the advantage of (Carbon Fiber Reinforced Polymer, (CFRP), it has become a trend to apply CFRP to the design of box girder structure, and this kind of CFRP box-section beam has good mechanical properties. It is widely used in bridge structures at home and abroad. The meteorological parameters around the concrete box girder strengthened by CFRP under solar radiation have great influence on it, such as solar radiation intensity, ambient temperature and wind speed, and the external CFRP will change the temperature field of the original concrete box girder and then affect the temperature effect. The analytical expressions of temperature self-stress and temperature interface shear stress derived from the assumption of plane section are applied to the engineering design of the beam, but the theory of box girder with spatial mechanical behavior needs to be further studied. Under the action of solar radiation, it is very important to establish the theory and calculation method of temperature self-stress and temperature interface shear stress which can be applied to concrete box girder strengthened by CFRP. In this paper, based on the existing experimental results, the method of theoretical derivation and numerical simulation is used to strengthen the simply supported concrete box girder by CFRP under the action of solar radiation. The temperature field and temperature effect of simply supported concrete box girder strengthened by CFRP are studied systematically. The main research contents are as follows: (1) based on the prediction function of BP neural network, According to the initial and boundary conditions of CFRP strengthened concrete box girder under solar radiation, and the characteristics of its own thermodynamic materials, the main influencing factors of CFRP strengthened box girder are determined, and the neural network prediction model of temperature field is established. And compared with the experimental data. (2) based on the theory of thin-walled box girder, the temperature self-stress and interfacial temperature shear stress of concrete box girder strengthened by CFRP under solar radiation are combined with the theories of thermoelastic mechanics and composite mechanics, etc. The governing differential equations of temperature self-stress and interfacial temperature stress of box girder strengthened by CFRP are established by using the energy variational principle. For simply supported box girder strengthened by CFRP, the vertical temperature gradient of solar radiation is selected according to the current code. The calculation formulas of temperature self-stress and interface temperature shear stress of simply supported box girder strengthened by CFRP are derived respectively. (3) the common node is used only under the vertical nonlinear temperature gradient of box girder specified in the current code. The finite element model of simply supported box girder strengthened by CFRP is established by using the large scale general software ANSYS, and the temperature self stress is analyzed by comparing with the theoretical formula. Distribution of interfacial stress and shear lag effect. The results of this paper show that the temperature field of the box girder strengthened by CFRP can be predicted simply and quickly by using the measured meteorological parameters such as solar radiation intensity, ambient temperature and wind speed. The predicted value is in good agreement with the measured value, and the maximum error is only 3.6.The analytical solution of temperature self-stress, interfacial thermal stress and shear lag effect is consistent with that of finite element solution under the action of vertical nonlinear temperature gradient. The match is better. The maximum position of the three kinds of materials near the interface of concrete box girder strengthened by CFRP is not uniform, that is, the middle edge of concrete span is the middle line of CFRP bond end, and the boundary shear stress bond end edge. For the shear lag problem, by comparing homogeneous concrete material with CFRP strengthened concrete box girder, it can be seen that the longitudinal stress changes more evenly with the bonded carbon fiber sheet.
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U441

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本文編號：2237742