原文传递
GFRP-钢组合桁架结构受力性能分析与等效理论研究
| 论文题名： | GFRP-钢组合桁架结构受力性能分析与等效理论研究 |
| 关键词： | 桁架桥;玻璃纤维增强复合材料;钢结构;力学性能;弯曲性能;等效理论 |
| 摘要： | GFRP桁架桥是采用GFRP（玻璃纤维增强复合材料）拉挤型材作为桥梁结构主要构件的一种新型桥梁结构。GFRP材料的轻质高强、耐腐蚀性、耐疲劳性等优越的材料性能与桥梁工程强度大、耐久性高、施工周期短等需求较为吻合，使得GFRP材料在桥梁工程中的应用具有广泛的前景，而桁架桥这种杆件单向受力的特殊结构更是将纤维增强复合材料在纤维轴向的强度大这一优势充分发挥。而现如今，GFRP桁架桥在国内外的工程实践较少，相关的理论研究也不够深入，因此，对于GFRP桁架桥结构的力学性能研究、讨论GFRP在桁架桥结构中合理应用，及GFRP-钢组合桁架结构这种新型桥梁结构的理论研究意义重大。本文从国内新建的一座GFRP桁架桥-淮河出海口高良涧船闸扩容工程闸区GFRP工作桥着手，讨论了GFRP桁架结构的受力性能，提出了GFRP-钢组合桁架结构这种新型桥梁结构，并对该结构进行理论方面的研究，为后续GFRP-钢组合桁架结构的初步设计提供一种便捷的方法，本文主要完成的工作如下： （1）基于高良涧船闸扩容工程闸区GFRP工作桥这一背景工程，建立了ABAQUS有限元模型，将有限元分析结果与相关文献和实验机构的报告对比得论证了有限元模型的准确性，能够准确的反应GFRP桁架结构的实际受力情况。讨论了GFRP桁架结构受载后的模态、应力和变形情况，结果表明：GFRP桁架结构符合规范要求的桥梁自振频率规定，GFRP桁架结构的动力性能良好。在基本荷载组合作用下，GFRP桁架梁的各构件应力均远小于材料的强度，有很高的安全储备，GFRP桁架结构在应力方面的安全性得到保障。在基本荷载组合作用下GFRP桁架结构跨中挠度达到55.16mm，大于天桥的挠度允许值L/800(45mm)。 （2）为了改善全GFRP桁架结构跨中挠度较大的问题，本文通过将部分GFRP杆件替换为Q345钢材的方法来提升结构的刚度，引入结构比挠度的概念在四种替换方案中优选出将全GFRP桁架结构上下弦杆替换为钢材的GFRP-钢组合桁架结构，进一步讨论了该结构的动力性能，结果表明杆件替换后的GFRP-钢组合桁架结构相比于全GFRP桁架结构有更好的动力特性，自振频率提升了19.78%。此外，对GFRP-钢组合桁架结构进行参数化分析，研究桁架高度、节间长度、材料铺层角度等情况的改变对于结构受力情况的影响，在此基础上对GFRP-钢组合桁架结构这种新型的结构的设计取值提出一些建议。 （3）首先通过等效前后剪切应变能和剪切变形的原则将GFRP斜腹杆等效为GFRP腹板，再通过剪切应变和应力相等原则将GFRP腹板等效为与上下弦杆材料相同的钢腹板这样使等效后的单梁模型变成材料统一、结构简单、可以通过基础材料力学理论进行计算的模型。 |
| 作者： | 刘远 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 郝宪武;郝键铭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
