CFRP索在弦支结构中的应用研究

发布时间：2017-04-02 09:13

  本文关键词：CFRP索在弦支结构中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：弦支结构是近年来发展起来的一类新型预应力结构形式，目前已经广泛应用于会展中心、大型体育馆、机场航站楼、火车站以及工业厂房等建筑中。随着对弦支结构研究的深入，很多问题暴露了出来，目前工程中使用的钢索耐腐蚀性差、比强度低、温度作用明显，导致很多结构使用过程中由于钢索锈蚀发生结构倒塌或者结构换索。要从根本上解决这些问题，最好的办法就是采用抗腐蚀性能好、高性能低密度的碳纤维复合增强材料，简称CFRP。 本文在既有理论和研究成果的基础上提出了CFRP索-弦支结构体系，从索的垂度、索的有效弹性模量、索的传载效率和承载效率方面，用理论推导的方法计算了CFRP单索的性能。以某工程实例为研究对象，建立两种有限元模型——钢索-弦支结构和CFRP索-弦支结构，并对两者分别进行了静力分析、稳定分析、温度作用分析和风振响应分析。得到的主要结论有： （1）在轴力、倾斜角度和长度一致的情况下，CFRP的垂度仅为钢索的1/5；在不同长度和应力水平下CFRP索的弹性模量损失比钢索小很多；由于索的自重垂度会使索的传载效率和承载效率降低，通过计算可得CFRP索作为预应力构件在弦支结构中使用时，可认为CFRP索不会因自身重力产生的垂度而发生较大变形，其初始轴线基本保持不变，索的传载效率和承载效率和初始设计值一样，不随时间变化而降低。 （2）静力分析时，相同的荷载工况下，CFRP索-弦支结构的上部结构内力比钢索-弦支结构大3~4MPa左右，但是CFRP索-弦支结构的索的应力比钢索-弦支结构中索的内力小25MPa左右。 （3）CFRP索在纤维纵向具有负热膨胀特性，温度变化20℃时，，钢拉索内力损失了13%，CFRP索内力损失10%，这表明在温度变化时CFRP索-弦支结构的拉索的预应力损失比钢索-弦支结构的小。 （4）稳定分析时，钢索-弦支结构的荷载因子为5.0733，CFRP索-弦支结构的荷载因子为5.286，CFRP索-弦支结构的稳定性比钢索-弦支结构略有提高。 （5）两种结构整体的风振响应能力基本相同，CFRP索-弦支结构的位移响应比钢索-弦支结构大一些。
【关键词】：弦支结构 CFRP索 静力分析 温度作用 稳定分析 风振响应
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 弦支结构9-15
• 1.1.1 弦支结构的分类9-11
• 1.1.2 弦支结构的应用11-13
• 1.1.3 拉索13-15
• 1.2 CFRP 索15-18
• 1.2.1 CFRP 筋的特点15-16
• 1.2.2 成型工艺16-17
• 1.2.3 工程中的 CFRP 筋17-18
• 1.3 CFRP 索的应用研究现状18-22
• 1.3.1 CFRP 索的应用现状18-19
• 1.3.2 CFRP 索的研究现状19-20
• 1.3.3 CFRP 索锚具的研究现状20-22
• 1.4 本文的研究目的、意义及主要内容22-23
• 第二章 基本理论23-34
• 2.1 CFRP 单索解析解23-26
• 2.2.1 基本力学方程23-24
• 2.1.2 弹性悬链线解24-25
• 2.1.3 悬链线解25
• 2.1.4 抛物线解25-26
• 2.2 弦支结构的形态分析26-28
• 2.2.1 弦支结构的形态26-27
• 2.2.2 找力分析27-28
• 2.2.3 找形分析28
• 2.3 预应力28-31
• 2.3.1 预应力计算方法28-29
• 2.3.2 有限元中预应力模拟29-31
• 2.3.3 预应力优化31
• 2.4 稳定分析31-34
• 2.4.1 特征屈曲32-33
• 2.4.2 非线性屈曲33-34
• 第三章 CFRP 拉索的理论计算34-39
• 3.1 数值分析方法34-35
• 3.1.1 等效弹性模量法34-35
• 3.1.2 多杆单元法35
• 3.1.3 多节点曲线索单元法35
• 3.1.4 悬梁线索单元法35
• 3.2 拉索垂度35-36
• 3.3 索的有效弹性模量36-37
• 3.4 索的传载效率和承载效率37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 CFRP 索-弦支结构静力与稳定分析39-62
• 4.1 模型建立39-42
• 4.1.1 算例概况39-40
• 4.1.2 基本假定40-41
• 4.1.3 有限元模型41-42
• 4.2 静力分析42-51
• 4.2.1 荷载工况42-43
• 4.2.2 结构内力43-46
• 4.2.3 结构变形46-50
• 4.2.4 结构支座反力50-51
• 4.3 温度作用51-57
• 4.3.1 线膨胀系数51-52
• 4.3.2 CFRP 索-弦支结构体系52-54
• 4.3.3 CFRP 斜拉索54-57
• 4.4 稳定分析57-61
• 4.4.1 特征屈曲分析57-60
• 4.4.2 非线性屈曲分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 风振响应62-74
• 5.1 风作用原理62
• 5.2 分析理论62-63
• 5.3 结构自振特性63-68
• 5.3.1 基本参数64
• 5.3.2 自振周期64-65
• 5.3.3 结构振型65-68
• 5.4 风振响应分析68-73
• 5.4.1 风速时程模拟68-69
• 5.4.2 位移响应69-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 发表论文和参加科研情况说明79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 詹界东;杜修力;王作虎;;CFRP筋夹片-黏结型锚具的研制[J];北京工业大学学报;2011年03期

2 方志;龚畅;杨剑;;CFRP预应力筋夹片式锚固系统疲劳性能研究[J];铁道科学与工程学报;2010年04期

3 蔡东升;刘荣桂;许飞;周士金;;CFRP索斜拉桥动态特性的有限元分析及动态试验[J];中国工程科学;2010年02期

4 梅葵花;吕志涛;;CFRP索斜拉桥的动力特性分析[J];公路;2006年11期

5 马文刚;黄侨;梅葵花;;大跨径CFRP缆索悬索桥的静力特性的模拟分析[J];公路;2011年12期

6 梅葵花;孙胜江;;斜拉索的静力设计计算[J];中外公路;2007年04期

7 刘荣桂;龚向华;李成绩;吕志涛;梅葵花;;斜拉桥CFRP索锚固性能试验[J];工业建筑;2006年08期

8 陈志华;荣彬;孙国军;;弦支结构体系概念与分类[J];工业建筑;2010年08期

9 李扬;;大跨度CFRP缆索悬索桥的静力性能[J];重庆大学学报;2012年08期

10 陈志华;;弦支结构体系研究进展[J];建筑结构;2011年12期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘占省;温度作用下拉索性能及弦支筒壳结构可靠性能研究[D];天津大学;2010年

2 乔文涛;弦支结构体系研究[D];天津大学;2010年

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本文编号：282237