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铁道工程学报 2023年第1期40卷 34-41页

作者：卢文良彭文强陈良江高策周勇政北京交通大学中国铁路经济规划研究院有限公司

研究目的:混凝土构件的芯表最大温差是确定最大温度梯度的关键参数，混凝土构件芯表最大温差受太阳辐射以及气温的影响。太阳辐射强度等数据难以直接测得，但太阳辐射以及气温影响导致的构件周边环境温度可以方便地监测。本文对位于北... 详细信息

研究目的:混凝土构件的芯表最大温差是确定最大温度梯度的关键参数，混凝土构件芯表最大温差受太阳辐射以及气温的影响。太阳辐射强度等数据难以直接测得，但太阳辐射以及气温影响导致的构件周边环境温度可以方便地监测。本文对位于北京的某一混凝土空心柱各壁板温度进行长期监测并统计分析监测数据，提出以构件周边环境温度最大值、环境温度变化幅值及环境温度升温速率计算混凝土空心柱芯表最大温差的预测模型，并对预测模型的准确性进行F检验和T检验。研究结论:(1)混凝土空心柱各测点温度呈现以24 h为周期的周期性变化规律，靠近外表面的测点温度变化受构件周边环境温度影响明显；(2)不同季节条件下，混凝土空心柱南壁板芯表最大温差及表面开裂风险均大于其余壁板，东侧、西侧及南侧壁板芯表最大温差起伏明显，北侧壁板芯表最大温差起伏较小；(3)一天内，南壁板芯表温差变化与构件周边环境温度变化规律相似且达到峰值的时间相近，芯表温差变化速率与构件周边环境温度升温速率相近；(4)一天内，混凝土空心柱芯表最大温差与构件周边环境温度最大值、环境温度变化幅值、环境温度升温速率的相关性均较大；(5)构建的芯表最大温差预测模型能够较为准确地计算混凝土空心柱壁板芯表最大温差，对确定混凝土空心塔柱温度作用具有参考价值。

关键词：混凝土空心柱环境温度芯表温差多元线性回归预测模型

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GFRP筋加固空心混凝土柱抗压性能研究

GFRP筋加固空心混凝土柱抗压性能研究

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作者： Muhammad Umer 哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钢筋空心混凝土柱因其抗轴向力和抗弯矩能力强,同时具有自重轻、材料用量少等优点,已被广泛用于桥墩、桩和电杆。然而,由于空心钢筋混凝土柱的墙体比实心钢筋混凝土结构薄,同样环境下,钢筋更易受到腐蚀破坏,降低了混凝土柱的轴向承载力... 详细信息

钢筋空心混凝土柱因其抗轴向力和抗弯矩能力强,同时具有自重轻、材料用量少等优点,已被广泛用于桥墩、桩和电杆。然而,由于空心钢筋混凝土柱的墙体比实心钢筋混凝土结构薄,同样环境下,钢筋更易受到腐蚀破坏,降低了混凝土柱的轴向承载力、横向约束能力,进而导致空心混凝土柱的破坏。钢筋腐蚀已成为造成空心钢筋混凝土柱耐久性降低的重要原因。因此,研究在空心混凝土柱中使用防腐蚀钢筋减轻腐蚀问题,以及此类柱在施加载荷下的基本行为非常必要。近20年来,玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合钢筋由于其许多积极的特性被研究提出可以提高的耐久性性能,作为混凝土内部钢筋已得到广泛研究。研究表明,使用GFRP筋和箍筋建造空心混凝土柱,来避免腐蚀问题和改善力学性能的潜力很大。过去已经发表了一些关于GFRP筋和拉杆加固的空心混凝土柱的试验研究。为了进一步研究GFRP材料加固的空心混凝土柱的性能,制定设计指南和设计方程,需要进行进一步的试验和理论研究。因此,本研究旨在通过有限元分析(FEA)研究GFRP钢筋混凝土空心柱的抗压性能,并建立此类柱的分析和设计方程。为了实现这一目标,使用有限元分析软件Abaqus开发了一个有限元模型(FEM)。FEM使用了文献中发布的两个不同实验研究的测试结果进行校准。同时进行了参数研究,以研究不同参数(如内外径比、纵向配筋率、横向配筋率、混凝土强度等)的影响。最后,建立了GFRP钢筋混凝土空心柱强度预测方程,用于分析和设计GFRP钢筋混凝土空心柱。该项目的成功完成将丰富GFRP钢筋混凝土空心柱的相关文献,并为其分析和设计提供指导。本研究项目的主要研究内容和主要结论如下:(1)由于FRP钢筋混凝土空心柱的试验研究有限,对此类柱的性能尚未完全了解。为了研究空心柱在不同情况下的性能,使用Abaqus开发了有限元程序。该模型是根据两个独立研究小组对圆形混凝土柱进行的研究的实验结果开发的。对于有限元模型,采用混凝土损伤塑性模型来模拟无侧限混凝土的行为。在敏感性分析的基础上,选择混凝土塑性参数和网格尺寸。使用简化的嵌入区域约束,建立了混凝土和FRP钢筋和螺旋之间的相互作用。最后,通过比较从实验研究中选择的结果,验证了有限元模型。该模型预测了试件的峰值承载力,具有较高的精度。实验结果与有限元结果的最大误差为8.5%。此外,利用有限元法对试件的破坏模式进行了准确预测。这表明所开发的有限元法可以预测FRP加固空心混凝土柱的抗压性能。进一步利用验证后的本构关系和建立方法进行参数分析,观察各参数对混凝土空心柱性能的影响。(2)对于FRP钢筋混凝土空心柱的设计,有必要量化FRP钢筋混凝土空心柱在各种参数下的性能,如混凝土强度、配筋率、横向钢筋间距和类型、空心率等。在这方面,本项目使用有限元模型进行了参数研究。研究的主要参数包括内外径比、纵向配筋率、横向配筋率(拉杆尺寸和间距)、混凝土强度、横向拉杆类型、箍筋或螺旋。对于参数研究,通过有限元分析(FEA)获得了每个构件的峰值荷载、约束混凝土强度和相应的应变。研究结果表明,增大内外径比(减小壁厚)会降低峰值荷载和约束混凝土强度。增加纵向和横向钢筋对峰值荷载和约束混凝土强度有积极影响。(3)对于FRP钢筋混凝土空心柱的设计和分析,有必要建立分析模型,以预测这些柱的响应,如峰值荷载和约束混凝土强度。在本研究中,首先选择了与FRP和钢筋混凝土相关的可用强度预测模型,并根据试验结果和有限元模型进行评估。所有选定的模型都预测了峰值荷载和约束混凝土强度,但误差很大,开发新模型很有必要。最后,建立了FRP筋和拉杆加固空心混凝土柱的峰值强度和约束混凝土强度的新模型。所提出的模型对峰值强度和约束混凝土强度的预测具有较高的精度。

关键词：混凝土空心柱有限元模型轴向压缩混凝土损伤塑性

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