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预应力CFRP-铝合金桁架桥梁承载能力研究
| 论文题名： | 预应力CFRP-铝合金桁架桥梁承载能力研究 |
| 关键词： | 铝合金桁架桥;预应力作用;极限承载力;桥梁刚度 |
| 摘要： | 由于轻质高强、外形美观、耐腐蚀性能好、材料易于成型、便于装配式施工等优点，国内铝合金桁架人行天桥的应用越来越广泛，但因铝合金材料弹性模量较小，主梁刚度低，结构变形大。当主梁结构受力进入塑性状态后几何非线性对极限承载力的影响较大，从而导致铝合金桥梁的活载承载力降低，因此提高铝合金桥梁的刚度成为亟须解决的问题，而施加预应力是提高铝合金桁架梁刚度的有效途径之一，同时也可改善主梁构件的受力状态，提高铝合金桁架桥梁的活载承载能力。在文献分析的基础上构建预应力CFRP-铝合金桁架桥梁体系，采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，研究了预应力作用对铝合金桁架桥梁刚度和承载能力的作用规律，并提出结构优化措施。论文主要研究内容和结论如下： （1）构建了预应力CFRP-铝合金桁架桥梁体系。通过对比钢绞线以及各种纤维增强复合材料性能，选用碳纤维复合材料（CFRP）作为预应力筋。采用体外预应力模式，对比分析预应力筋线形布置、截面设计、锚固方式和锚具类型，在国内外现有文献分析的基础上对比研究了不同预应力筋线形布置形式对铝合金桁架梁受力的作用规律。 （2）参考预应力混凝土桥梁的预应力度概念，提出了铝合金桁架桥梁的预应力度概念。通过对比不同预应力度时铝合金桁架桥梁在活载作用下的结构变形和构件应力分布，提出合理预应力度取值范围。 （3）开展了预应力铝合金桁架桥梁模型试验。依据模型相似理论对铝合金桁架梁按1：10缩尺得到试验模型，施加预应力后逐级加载，获得模型桥梁的位移、应力及预应力筋拉力，并与数值模拟结果对比，验证数值模拟的准确性。 （4）通过有限元数值模拟，计算施加预应力前后的铝合金桁架桥梁在静力状态下的应力及挠度变化，对施加不同预应力水平的铝合金桁架桥梁进行线弹性和非线性稳定分析得到该结构体系的承载力。铝合金桁架桥梁在施加预应力后，结构变形减小，活载承载力由23.04kN/m2增大到50.28kN/m2，是施加预应力前承载力的2.2倍。 （5）为进一步增大桥梁的承载能力，对预应力铝合金桁架桥进行结构优化，即在桁架梁底增设横向斜撑。增设梁底横向斜撑后对主梁施加预应力，然后进行线弹性和非线性稳定分析，结果发现铝合金桁架桥梁的活载承载力由23.04kN/m2增大到58.25N/m2，是施加预应力前主梁承载力的2.5倍，结构优化使铝合金桁架桥梁的承载力提高了15.8%。 |
| 作者： | 郑志玲 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 温庆杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2021 |
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