CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)具有抗拉強度高、自重輕、抗疲勞、耐腐蝕等優(yōu)異特性,作為拉索材料可以減輕橋梁跨度增大導致的鋼拉索垂度效應明顯、承載能力低的劣勢和疲勞-腐蝕耦合作用對拉索服役壽命的影響。由于CFRP材料是各向異性,橫向力學性能遠低于縱向纖維方向,故傳統(tǒng)鋼拉索的錨固方法對CFRP拉索的錨固并不理想。迄今為止,許多學者對CFRP拉索錨固系統(tǒng)進行了廣泛研究,但同時滿足短期和長期使用要求的錨固系統(tǒng)還很少,能夠成功應用到工程上的更少。因此,有必要進一步對CFRP拉索錨固系統(tǒng)進行開發(fā)和研究,尤其是對于多根大噸位的CFRP拉索。本文以大噸位CFRP拉索錨固問題為主線展開,主要研究內容與結論如下:(1)開發(fā)了一種分段變剛度粘結擠壓型錨固系統(tǒng)。建立了3D精細化仿真模型,模擬了錨固系統(tǒng)荷載傳遞介質分段剛度、幾何參數和界面參數變化對錨固區(qū)拉索力學性能的影響�；�37根CFRP筋平行拉索錨固系統(tǒng)的數值分析和實驗數據,建立了以荷載傳遞介質中最小抗壓強度為優(yōu)化控制目標的評估體系,并對承載力為500-2000噸級錨固系統(tǒng)設計參數進行了預測。結果表明剛度梯度變化有...

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【學位級別】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 FRP拉索及其在土木工程中的應用
        1.1.1 FRP筋與FRP拉索
        1.1.2 在橋梁工程中應用
    1.2 FRP拉索未來的發(fā)展及面臨的問題和挑戰(zhàn)
    1.3 拉索錨固系統(tǒng)研究現狀
        1.3.1 鋼拉索錨固系統(tǒng)研究現狀
        1.3.2 FRP拉索錨固系統(tǒng)研究現狀
    1.4 本文研究意義及技術路線
    1.5 研究內容
第二章 拉索錨固系統(tǒng)優(yōu)化設計與參數分析
    2.1 接觸問題基本理論
    2.2 數值分析方法
        2.2.1 3D有限元模型及基本假定
        2.2.2 優(yōu)化分析方法
        2.2.3 不同錨固形式分析
    2.3 錨固系統(tǒng)構成及部件基本力學性能測試
        2.3.1 錨固系統(tǒng)構成
        2.3.2 CFRP筋
        2.3.3 荷載傳遞介質
        2.3.4 拉索錨具組裝件
    2.4 失效模式與錨固效率
    2.5 有限元分析與試驗結果對比
        2.5.1 摩擦系數對錨固區(qū)拉索應力和位移影響
        2.5.2 剛度變化對錨固區(qū)拉索應力和位移影響
    2.6 參數評估及預測
        2.6.1 500噸級CFRP拉索錨固系統(tǒng)參數優(yōu)化
        2.6.2 大噸位錨固系統(tǒng)設計參數預測
    2.7 本章小結
第三章 拉索錨固系統(tǒng)靜力性能研究
    3.1 錨具構成和組件力學性能
        3.1.1 錨具組成形式
        3.1.2 拉索基本力學性能
        3.1.3 荷載傳遞介質基本力學性能
    3.2 錨具強度校核方法
        3.2.1 強度理論
        3.2.2 靜力分析
        3.2.3 強度校核
    3.3 拉索錨固系統(tǒng)制作工藝流程
        3.3.1 試驗方案
        3.3.2 制作工藝流程
    3.4 實驗準備
    3.5 試驗結果分析和討論
        3.5.1 破壞模式和錨固效率
        3.5.2 拉索荷載應變關系
        3.5.3 錨固區(qū)拉索應力與位移分布
    3.6 本章小結
第四章 拉索錨固系統(tǒng)疲勞性能及壽命預測
    4.1 疲勞損傷機理及拉索疲勞性能影響因素
        4.1.1 疲勞損傷機理
        4.1.2 疲勞損傷影響因素
    4.2 實驗目的和加載參數依據
        4.2.1 實驗目的和內容
        4.2.2 疲勞加載依據
    4.3 加載裝置和荷載工況
    4.4 拉索組裝件安裝準備及調試
    4.5 疲勞性能驗證實驗結果和討論
        4.5.1 實驗現象
        4.5.2 拉索錨具組裝件相對位移變化
        4.5.3 拉索表面剪應力的變化
        4.5.4 拉索剛度和強度退化率
    4.6 疲勞壽命評估實驗結果和討論
        4.6.1 破壞模式及損傷機理
        4.6.2 荷載傳遞介質楔進位移
        4.6.3 鋼套筒環(huán)向應力與軸向應力
        4.6.4 錨固區(qū)拉索軸向應變
        4.6.5 拉索殘余拉伸剛度
        4.6.6 拉索錨固組裝件壽命預測
    4.7 本章小結
第五章 大跨斜拉橋FRP拉索疲勞壽命評估
    5.1 大跨斜拉橋的概況及模型
        5.1.1 設計概況
        5.1.2 有限元模型
    5.2 確定設計周期內的疲勞循環(huán)次數
        5.2.1 車輛統(tǒng)計數據
        5.2.2 疲勞荷載車輛統(tǒng)計
    5.3 大跨斜拉橋最不利荷載位置確定
        5.3.1 荷載工況
        5.3.2 最不利位置
    5.4 斜拉索實際應力幅與等效應力幅
        5.4.1 實際應力幅
        5.4.2 等效應力幅
    5.5 疲勞壽命預測方法
        5.5.1 有限元法、S-N曲線與Miner損傷理論
        5.5.2 考慮垂度效應的修正安全系數
    5.6 疲勞壽命評估結果分析
        5.6.1 不同材料拉索疲勞壽命預測模型
        5.6.2 不同位置拉索的疲勞壽命
        5.6.3 拉索設計建議
    5.7 本章小結
第六章 大跨斜拉橋FRP拉索設計方法及安裝參數研究
    6.1 大跨斜拉橋結構方案設計
        6.1.1 設計參數和技術指標
        6.1.2 主體結構和材料參數
        6.1.3 分析模型
    6.2 斜拉索替換及有效剛度
        6.2.1 等效替換原則
        6.2.2 有效剛度
    6.3 合理成橋狀態(tài)和靜力初步驗算
        6.3.1 車輛荷載下索力分布
        6.3.2 主梁軸力和彎矩
        6.3.3 主塔位移及軸力
    6.4 斜拉索安裝參數及有限元模型
        6.4.1 基本思路
        6.4.2 理論分析
        6.4.3 有限元模型
    6.5 斜拉索安裝參數分析結果
        6.5.1 安裝參數
        6.5.2 對比分析
    6.6 本章小結
第七章 結論與展望
    7.1 主要結論
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 展望與建議
參考文獻
致謝
個人簡歷
作者攻讀博士學位期間參加的科研項目和發(fā)表的學術論文
    參加的科研項目
    發(fā)表的論文目錄



本文編號：3888524