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纤维混凝土智能组合柱研究

闫昕  
【摘要】: 桥梁结构的耐久性损伤是当前世界范围内所面临的一大问题,严重威胁着桥梁的安全运营与使用寿命。纤维复合材料(Fiber reinforced polymer,简称FRP)是一种新型材料,FRP与混凝土复合组成的组合结构可以有效地解决桥梁结构的长期耐久性问题。本文以FRP管约束混凝土为研究对象,并首次提出FRP-钢复合管约束混凝土,系统地研究了它们的轴压力学性能、耐久性性能和抗震性能。同时,采用光纤光栅应变传感器预埋技术,使上述结构具有损伤自监测性能,并建立了基于监测信息的结构损伤评价方法。 本文的主要研究内容包括: 首先,针对FRP管约束混凝土轴压延性较差的缺点,本文首次提出了FRP-钢复合管约束混凝土。试验研究了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的轴压力学性能,对影响FRP管结构性能的纤维缠绕方式、局部加强纤维管等进行了研究。提出了评价FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的轴压延性系数计算方法,并对其延性进行了分析。利用大量现有研究成果,回归分析得到了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土核心混凝土的受压本构关系模型下降段系数,并利用该模型较好地模拟了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的轴压力学性能。 其次,研究了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的耐久性能。研究以对FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土耐久性威胁最大的冻融循环为对象,对上述结构进行了56次冻融循环试验,同时量测了试验前后结构的轴压力学性能,对核心混凝土的相对动弹性模量进行了全程测试,并对试验前后试件表面的孔洞与缺陷进行了红外热成像分析。分析了结构的冻融耐久性损伤机理,并以菲克定律为基础模拟分析了溶液在FRP管内的扩散,计算了FRP管内的结冰压。试验研究了纤维混凝土的火灾爆裂性能,提出了FRP管约束混凝土火灾耐久性损伤评估与修复方法。 第三,研究了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的自监测性能。开发了具有自监测性能的FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的制备方法,分别研究了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的力学性能损伤自监测性能和耐久性损伤自监测性能,提出了基于监测信息的力学性能损伤评价方法和耐久性损伤评价方法。 最后,试验研究了FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的抗震性能,并与钢筋混凝土的抗震性能进行了比较分析;建立了适于抗震分析的FRP管/FRP-钢复合管约束混凝土的ABAQUS有限元模型,并利用该模型对上述结构的抗震性能进行了模拟分析。


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