FRP灌浆套筒水下加固锈蚀钢管桩的轴压与抗震性能研究

摘要

本次试验研究的是FRP套筒水下加固钢管桩的轴压和抗震性能研究，目前，国内外对钢管桩锈蚀后的抗震性能的研究较少，尤其是钢管锈蚀加固后的性能更是甚为缺乏。对钢管加固方法的相关研究和规定并没有形成一套统一的理论体系。因此，为了观察比较恒定轴压低周反复荷载作用下锈蚀以及加固后的空钢管桩破坏模式；研究不同锈蚀率及其加固对锈蚀钢管桩轴压和抗震性能的影响。主要完成的工作和取得的研究成果如下： （1）完成了对3组8个轴压试件（3个锈蚀率试件、3个不同灌浆料试件、1个不同套筒直径试件和1个对比试件）的试验过程及最后的破坏形态进行了描述，并对其轴压性能包括轴压承载力、轴压刚度、峰值荷载以及延性系数等指标进行了对比分析，研究了FRP套筒直径、锈蚀率、不同内部灌浆料等因素对试件轴压性能的影响。试验研究表明：发生锈蚀后的钢管，其轴压性能会发生高于其锈蚀率的比率下降，并且随着锈蚀率的增大，锈蚀的不均匀性加重导致力学性能呈加速下降趋势；增大FRP套筒直径可以提高试件的轴压刚度，其他效果并不明显；不同灌浆料的加固均能提高承载力和延性等指标，区别在于水下灌浆料在破坏时其承载力没有突然下降，其他灌浆料均有不同程度的突降。 （2）对2组7个抗震试件（3个锈蚀不加固试件、3个锈蚀后加固试件和1个对比试件）的试验过程及最后的破坏形态进行了描述，并对其抗震性能包括滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力分析、曲率分析以及延性系数等指标进行了对比分析。试验研究表明：随着锈蚀率的线性增长，试件的水平承载力呈加速下降的趋势。较低锈蚀率的试件进行加固后，试件的承载力、延性、耗能等指标仍能基本恢复至未锈蚀时的水平。但是锈蚀率过高会影响外部加固的效果，由于套筒主要提供了环形约束作用力，但是内部钢管的应力集中导致钢管锈蚀区被拉断，说明锈蚀率过高导致内部钢管和外部套筒及灌浆料并不能很好的协同工作。 （3）本文探究了关于有限元数值模拟方法，使用了软件ABAQUS对轴压试件进行了验证与补充，计算所得曲线与试验曲线吻合较好；基于此模拟模型进一步研究了不同锈蚀率对钢管轴压承载力、刚度、延性等指标的影响，研究结果可以为锈蚀钢管桩的力学抗震性能研究提供参考。使用了OpenSEES软件对抗震试验进行了模拟，模拟的主要目的为验证试验，验证效果基本与试验吻合。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 选题研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 水下加固研究现状

1.2.2 FRP加固研究现状

1.2.3 套筒加固研究现状

1.3研究中存在的问题及不足

1.4本文研究目标及研究内容

1.4.1研究目标

1.4.2研究内容

1.5技术路线

2 FRP灌浆套筒水下加固锈蚀钢管桩的抗震与轴压性能试验方案

2.1试验目的

2.2.1 试验分组

2.2.1 试件加工制作

2.2.3 加载及测量装置

2.2.4 加载制度

2.3.1 试验分组

2.3.2 试件基本参数的确定

2.3.3 加载及测量装置

2.3.4 加载制度

2.4.1 试验所选材料

2.4.2 混凝土力学性能

2.4.3 钢筋力学性能

2.3.4 灌浆料力学性能

2.4.5 钢管力学性能

2.4.5 GFRP力学性能

2.5本章小结

3 FRP灌浆套筒加固钢管短桩的轴压试验结果分析

3.1 概述

3.2.1 试件AS-0

3.2.2 试件AS-5R

3.2.3 试件AS-10R

3.2.4 试件AS-20R

3.2.5 试件AS-0G

3.2.6 试件AS-0U

3.2.7 试件AS-0E

3.2.8 试件AS-0W

3.3荷载-纵向应变曲线

3.4最终破坏形态及延性

3.5应变分析

3.6轴压试件模拟

3.6.1 材料本构模型选择

3.6.2 有限元分析过程

3.6.3 有限元模拟结果分析

3.7本章小结

4 FRP灌浆套筒水下加固锈蚀钢管桩的抗震试验结果分析

4.1 概述

4.2.1 试件SP-0

4.2.2 试件SP-5

4.2.3 试件SP-5R

4.2.4 试件SP-10

4.2.5 试件SP-10R

4.2.6 试件SP-15

4.2.7 试件SP-15R

4.3.1滞回性能分析

4.3.2骨架曲线

4.3.3节点承载力退化曲线

4.3.4弹性刚度分析

4.3.5节点刚度退化曲线

4.3.6延性分析

4.3.7曲率分析

4.3.8节点耗能分析

4.4抗震试件模拟

4.4.1材料本构模型选择

4.4.2 有限元分析过程

4.4.3 有限元模拟结果与试验结果对比

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历