本文關(guān)鍵詞：FRP型材節(jié)點(diǎn)連接長期性能及桁架結(jié)構(gòu)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特點(diǎn)在工程結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。除了結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)中大量采用的FRP片材和筋材外,由FRP拉擠型材作為建筑材料的新建結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也日益受到工程界的重視。雖然FRP型材呈現(xiàn)出較為明顯的各向異性,但其在順纖維方向的抗拉強(qiáng)度特別高,并且抗壓強(qiáng)度一般也能夠滿足結(jié)構(gòu)受力要求,非常適合用作僅受軸向荷載的桁架結(jié)構(gòu)中的桿件。由全FRP拉擠型材建造的桁架結(jié)構(gòu),充分地利用了FRP材料輕質(zhì)、高強(qiáng)的優(yōu)勢,在承載力、剛度滿足使用要求的情況下,大幅度降低了結(jié)構(gòu)自重,從而實(shí)現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)體系的輕量化和高性能化。同時(shí)FRP型材還有效解決了傳統(tǒng)鋼材易腐蝕的問題,有效提高了結(jié)構(gòu)的安全性、降低結(jié)構(gòu)了結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)成本。當(dāng)FRP型材用于桁架結(jié)構(gòu)時(shí),耐久性能和節(jié)點(diǎn)連接的問題是影響結(jié)構(gòu)長期力學(xué)性能的關(guān)鍵問題。但目前國內(nèi)外針對FRP拉擠型材及其連接節(jié)點(diǎn)長期性能方面的研究還幾乎空白。本文以某實(shí)際建設(shè)的拉擠成型FRP桁架橋?yàn)楣こ瘫尘?針對FRP型材結(jié)構(gòu)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和節(jié)點(diǎn)連接問題,對FRP型材本身和連接節(jié)點(diǎn)的長期性能進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究,并采用ANSYS軟件對FRP拉擠桁架橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值分析和對比,主要研究內(nèi)容如下：(1)考慮到FRP型材結(jié)構(gòu)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境,進(jìn)行了BFRP拉擠型材的靜力和疲勞性能測試以及BFRP拉擠型材在酸雨、鹽霧、紫外線環(huán)境下的耐久性能試驗(yàn)。得到了BFRP型材的S-N曲線及在不同環(huán)境腐蝕下的力學(xué)性能退化曲線,并對腐蝕后的試件進(jìn)行了SEM觀測分析,進(jìn)而揭示了FRP拉擠型材在不同環(huán)境下的腐蝕退化機(jī)理。結(jié)果證明在疲勞荷載作用下,型材的一般破壞規(guī)律為,先在構(gòu)件中部出現(xiàn)裂縫并進(jìn)一步發(fā)展,最終構(gòu)件在疲勞荷載的作用下纖維斷裂而發(fā)生破壞。由于型材的生產(chǎn)中需添加填料,所以一般型材的疲勞性能要低于筋材。對FRP型材耐酸雨腐蝕的試驗(yàn)證明,酸雨對型材的腐蝕主要發(fā)生在纖維與基體的界面位置,BFRP型材有著良好的耐酸雨性能,即使在pH=2/55℃的加速環(huán)境下,經(jīng)歷9個(gè)星期的腐蝕,2mm和5mm厚的試件的強(qiáng)度保留率分別高達(dá)81.5%和89.5%。壽命預(yù)測的結(jié)果表明,服役環(huán)境溫度為30℃時(shí),在酸雨pH=4和pH=2的條件下,服役300年后,5mm厚的構(gòu)件強(qiáng)度保留率可以達(dá)到78.37%和77.28%。對FRP型材耐紫外線和鹽霧的試驗(yàn)證明,紫外線和鹽霧對型材的腐蝕主要是通過侵蝕樹脂造成的,BFRP型材耐紫外線性能和鹽霧性能優(yōu)異,在紫外線+淋雨環(huán)境腐蝕9周之后,2mm厚型材強(qiáng)度僅僅下降了5.91%,而5mm則更小,僅為3.63%。在鹽霧環(huán)境腐蝕9周后,2mm和5mm厚型材強(qiáng)度保留率分別為93.49%和96.04%(2)除了傳統(tǒng)鋼蓋板／鋼螺栓的連接形式,為進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)重量并提高結(jié)構(gòu)的耐久性能,本文還采用了更加輕質(zhì)的FRP蓋板和FRP螺栓,進(jìn)行了不同連接材料下的螺栓節(jié)點(diǎn)的靜力及疲勞性能試驗(yàn)。靜力性能的試驗(yàn)結(jié)果表明,采用不同材料的蓋板與螺栓組合時(shí),群栓節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度相差不大。疲勞性能試驗(yàn)的結(jié)果表明,當(dāng)采用FRP螺栓時(shí),在同等應(yīng)力水平條件下,節(jié)點(diǎn)疲勞的離散性比采用鋼螺栓時(shí)更小,強(qiáng)度也更高；(3)利用ANSYS對背景工程橋進(jìn)行數(shù)值模擬分析,提出以BFRP型材設(shè)計(jì)制作桁架主體,以價(jià)格相對低廉的GFRP制作次要受力結(jié)構(gòu)的混雜設(shè)計(jì)方案,替代原先的全GFRP的設(shè)計(jì)方案,以達(dá)到降低結(jié)構(gòu)撓度的同時(shí)控制建造成本的目的。靜力分析的結(jié)果表明,當(dāng)主要受力部位,即兩榀桁架全部或部分采用BFRP型材時(shí),結(jié)構(gòu)的撓度能夠得到有效的控制。對桁架的模態(tài)分析表明,采用BFRP型材時(shí)結(jié)構(gòu)的各階自振頻率都能有所提高,比GFRP的桁架橋擁有更好的抗震性能；同時(shí)也表明,無論采用何種FRP型材,結(jié)構(gòu)振型模態(tài)都不會(huì)發(fā)生改變,前2階模態(tài)都以橫向變形為主,因此結(jié)構(gòu)對橫向地震作用更為敏感。并且,結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下,由于結(jié)構(gòu)上弦桿比下弦桿的剛度要小,結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形的位置都集中在桁架上部,因而在FRP桁架橋設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)上弦桿需要著重考慮。
【關(guān)鍵詞】：桁架結(jié)構(gòu) FRP拉擠型材長期性能 FRP結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) FRP結(jié)點(diǎn)疲勞性能 FRP桁架結(jié)構(gòu)分析
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U441
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 研究背景及目的12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 復(fù)合材料長期性能研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 復(fù)合材料節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-22
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容22-24
• 第二章 BFRP拉擠型材長期性能研究24-66
• 2.1 引言24
• 2.2 BFRP拉擠型材的疲勞性能試驗(yàn)研究24-34
• 2.2.1 BFRP拉擠型材拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)25-28
• 2.2.2 BFRP拉擠型材疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果與分析28-34
• 2.3 BFRP拉擠型材的耐酸雨性能試驗(yàn)研究34-53
• 2.3.1 BFRP拉擠型材耐酸雨腐蝕性能試驗(yàn)方案35-36
• 2.3.2 BFRP拉擠型材耐酸雨腐蝕性能試驗(yàn)36-37
• 2.3.3 BFRP拉擠型材耐酸雨腐蝕性能試驗(yàn)結(jié)果分析37-46
• 2.3.4 FRP型材耐酸雨腐蝕性能壽命預(yù)測46-53
• 2.4 BFRP拉擠型材的耐紫外線性能試驗(yàn)研究53-59
• 2.4.1 耐紫外線試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究53-54
• 2.4.2 BFRP拉擠型材耐紫外線性能試驗(yàn)結(jié)果分析54-59
• 2.5 BFRP拉擠型材的耐鹽霧腐蝕性能試驗(yàn)研究59-64
• 2.5.1 耐鹽霧腐蝕試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究59-60
• 2.5.2 BFRP拉擠型材耐紫外線性能試驗(yàn)結(jié)果分析60-64
• 2.6 本章小結(jié)64-66
• 第三章 BFRP型材連接節(jié)點(diǎn)性能研究66-81
• 3.1 引言66
• 3.2 BFRP型材結(jié)點(diǎn)連接試驗(yàn)方案66-70
• 3.2.1 試驗(yàn)方案研究67-68
• 3.2.2 構(gòu)件制作68-69
• 3.2.3 構(gòu)件設(shè)置69-70
• 3.3 BFRP型材結(jié)點(diǎn)連接試驗(yàn)結(jié)果對比與分析70-80
• 3.3.1 靜力性能結(jié)果對比與分析70-77
• 3.3.2 疲勞性能結(jié)果對比與分析77-80
• 3.5 本章小結(jié)80-81
• 第四章 FRP拉擠型材桁架結(jié)構(gòu)數(shù)值分析81-90
• 4.1 引言81
• 4.2 背景橋介紹81-82
• 4.3 靜力性能分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化82-88
• 4.3.1 桁架橋整體有限元模型82-83
• 4.3.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化及結(jié)果對比83-86
• 4.3.3 模態(tài)分析對比86-88
• 4.4 本章小結(jié)88-90
• 第五章 全文結(jié)論與展望90-94
• 5.1 本文主要研究結(jié)論90-91
• 5.2 有待進(jìn)一步研究的內(nèi)容91-94
• 參考文獻(xiàn)94-98
• 致謝98-99
• 讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文99

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