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车行夹胶玻璃桥面板的力学性能研究
| 论文题名： | 车行夹胶玻璃桥面板的力学性能研究 |
| 关键词： | 车行夹胶玻璃桥面板;车行作用;层合板理论;抗弯试验;车桥耦合模拟 |
| 摘要： | 玻璃桥面板是由夹胶玻璃板单元拼接在钢框架上组成的桥面结构，多应用于栈道、廊桥等景观工程。对于此类结构，外部荷载直接作用在夹胶玻璃板件，再传递到主框架结构上，玻璃板的力学性能是设计玻璃桥面结构的重要因素之一。一方面由于夹胶层介质的存在，夹胶玻璃板在面外荷载作用下的力学响应区别于单层板件，使用传统板件设计理论进行计算会产生较大的误差。另一方面，若玻璃桥面板用于通行车辆，汽车的轮压荷载将对玻璃板产生较大的局部效应，并且伴随一定的动力响应，这与人群作用有较大差异，现有相关规范对此类问题考虑不足。本文以夹胶玻璃板为研究对象，考虑板件受局部轮压荷载的静、动力问题，进行了理论推导、试验研究和数值分析，主要工作如下： (1)考虑层间剪切变形的影响，建立适用于多层夹胶玻璃板的面外受弯力学模型，采用规范方法、等效厚度法以及本文层合板理论，对三层夹胶玻璃板的挠度、应力进行解析分析。结果表明，理论计算结果与试验结果吻合较好，其玻璃板件在极限状态下的应力值仅为规范计算值的50％，计算结果更为合理，避免了规范计算过于保守的问题。 (2)对PVB夹胶层材料进行了不同加载速率的拉伸性能试验，分析了PVB材料的应力-应变曲线的双线性特征。使用超弹材料Mooney-Rivlin三参数模型，进行夹胶玻璃板夹层材料模型的拟合。结果表明，PVB夹胶材料各力学参数受加载速率的影响程度存在明显差异，极限应变率的影响最小，弹性模量次之，极限强度的影响最大。 (3)开展夹胶玻璃板受面外局部荷载作用的力学性能试验研究，考虑边界约束、加载位置的影响，分析了夹胶玻璃板在弯曲作用下的挠度、应力分布情况。结果表明，两边简支的夹胶板承载力约为四边简支条件的71.8%，而单层玻璃极限承载力在此状态下的比值仅为51.4%，荷载作用于夹胶玻璃板角位置时极限承载力最低，仅为板件中心受载的86.5%，而单层玻璃极限承载力在此状态下的比值仅为64.8%。 (4)基于理论与试验结果，建立夹胶玻璃板的层合板数值模型，进行玻璃桥面板的车桥耦合振动模拟，研究车速、夹胶层厚度、玻璃层数、阻尼系数以及桥面不平度等因素对车辆和桥面结构位移、加速度的影响规律。结果表明：车辆的位移、加速度响应随着车速的增加呈现非线性降低；车辆的位移、加速度响应随着夹胶层厚度的增大呈现二次非线性增长；钢架、玻璃板在1/4跨位置处的动力放大系数均明显大于其跨中位置；随着夹胶层厚度、桥面不平度的增大，桥面板结构的动力放大系数均呈现二次非线性增加趋势。 |
| 作者： | 唐鹏 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 梁鹏;程高 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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