鋼管混凝土結構在當前橋梁工程中應用日漸廣泛,甚至成為拱橋的主流結構形式。但因施工質量、混凝土收縮徐變等原因產生的脫空缺陷制約著鋼管混凝土結構的使用性能。本文沿著目前主流的治理思路,創新性地采用MPC復合材料對脫空鋼管混凝土進行二次灌漿處理,并考察MPC復合材料加固處理對鋼管混凝土軸壓性能的恢復,本文主要完成了以下工作:本文基于已有研究,介紹并分析了鋼管混凝土的工作機理,并且基于極限平衡理論,完善了對脫空鋼管混凝土的極限承載力的理論推導,對脫空缺陷有了更深的理論理解,從極限平衡角度分析了脫空對鋼管混凝土軸壓性能的影響程度。其次,根據研究需要,設計了脫空率、含鋼率、加固狀況各不相同的21個鋼管混凝土短柱試件,并完成了鋼材、混凝土、MPC復合材料各自的材料基本性能試驗。此后,完成了對試件軸壓試驗的測點布置、試驗方案、加載方式的研究及選定。根據制定的科學試驗方案,對21個試件的加載全過程進行了位移、應變監測,并記錄了不同試驗參數下外圍鋼管的變形形態以及內部混凝土、MPC復合材料的破壞形式。分析試驗結果表明,MPC復合材料對不同脫空率、含鋼率的鋼管混凝土試件的軸壓性能均有優異的加固效果。通過總結已有研究并結合試算工作,選定了適宜的鋼材、混凝土本構關系、材料間的接觸關系,并結合之前對MPC復合材料的實際材料試驗結果,建立了全體21個試件的有限元模型,運用ABAQUS軟件進行了加載全過程的非線性有限元求解。計算結果與試驗結果基本吻合,起到了相互驗證、相互補充的作用。提取有限元結果,對完整試件、脫空試件、加固試件的應力分布、受力特點、承載力變化、鋼管側向變形特點等進行了詳盡地分析,最終結果表明MPC復合材料能夠有效提高脫空缺陷鋼管混凝土的軸壓性能、改善應力分布、抑制鋼管內凹變形程度,且對不同工況下的缺陷試件均有很好的適應性,加固效果穩定,均能將缺陷試件的極限承載力恢復至原試件的90%以上。最后對MPC復合材料加固效果進行了參數分析,計算了不同參數對不同MPC類型加固效率的影響,得到了相關規律,并與試驗相互驗證。
【學位單位】：哈爾濱工業大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU398.9
【部分圖文】：

鋼管混凝土脫空缺陷脫空缺陷主要產生原因主要有兩大方面，第一類為鋼管混凝土拱橋在空

與鋼管內壁脫粘并形成環形的空腔。第一類托空權限常稱為“球冠形脫空缺陷”，第二類稱為“環形脫空缺陷”。圖1-2 鋼管混凝土脫空缺陷類型示意圖目前來說，二次灌漿法是對鋼管混凝土脫空缺陷進行加固處理的主流手段，所謂“二次灌漿法”，為在檢測到有脫空缺陷處對該處鋼管進行開孔，并注入水泥砂漿液或改性環氧砂漿填充補空，恢復原結構部分承載力。二次灌漿之后，一般要對該處脫空部位進行超聲檢測，判斷是否仍有脫空以及是否需要重復灌漿[2]。此外，目前還有在脫空鋼管混凝土外側采用稍大的新鋼管進行焊接、灌注，使其與原脫空的鋼管共同受力的加固方法，以及橫穿螺栓、外套法蘭盤等加固方法。哈爾濱工業大學劉貴位教授課題組經過數年研發以及試驗工作，研制出具有高強、韌性好、施工方便的 MPC 復合材料。由于 MPC 復合材料問世時間相對較短

哈爾濱工業大學工程碩士學位論文-9-圖2-1 核心混凝土以及外圍鋼管應力狀態示意圖2.2.1 核心混凝土三向受壓極限對于上述混凝土的三向受壓應力狀態，根據材料在線彈性范圍內的廣義虎克定律，得到核心混凝土三向應變[24]：1 1 2 32 2 1 33 3 1 21[ ( )]1[ ( )]1[ ( )]EEE (2-1)從上式可以看出，當核心混凝土處于三向受壓狀態，因其三向應變隨之減小，各向應力值相應增大，能夠使極限承載力得到提高。根據鐘善桐[25]的研究，鋼管混凝土受荷時的組合性能和破壞性質隨套箍系數 的不同而不同，套箍系數計算方法如下式：s y yc ck ckA f fA f f (2-2)其中 為鋼管混凝土構件的套箍系數，sA 為鋼管截面的面積
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本文編號：2892377