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GFRP桥面板力学性能分析与应用研究
| 论文题名： | GFRP桥面板力学性能分析与应用研究 |
| 关键词： | GFRP桥面板;力学性能;承重梁;剪力连接件;空间受力;组合结构 |
| 摘要： | GFRP桥面板体系是一种新型桥面结构形式,与传统的钢筋混凝土桥面板相比,具有自重轻,抗疲劳性能和耐化学腐蚀性好、施工方便和良好的建筑性能等优点。GFRP-钢组合梁桥即为GFRP桥面板和钢纵梁通过剪力件连接在一起的梁桥结构。采用这种组合结构在提高桥梁结构的抗腐蚀性能,减轻结构自重和提高有效承载能力等方面具有很大的优势。 为了保证GFRP-钢组合梁桥的安全建造和使用,需对GFRP桥面板截面形状,桥面板与承重梁之间的剪力连接件的受力和GFRP-钢组合梁桥的空间受力进行研究。本文的研究工作主要围绕以下几个方面展开: 1.复合材料的细观力学分析模型 复合材料的细观力学是研究复合材料单层的宏观性能与组分性能及细观结构之间的定量关系的力学方法。细观力学是宏观力学分析的助手,它揭示不同的材料组合具有不同宏观性能的内在机制。采用不同细观力学模型计算弹性常数,对比GFRP桥面板静载试验与有限元分析结果,选取适用于拉挤工艺生产的GFRP桥面板的细观力学模型为混合法模型,为GFRP桥面板的强度分析和截面参数分析打下基础。 2.GFRP桥面板的截面设计 GFRP桥面板主要承受轮载作用,在荷载作用下的整体和局部挠度都比较大。GFRP桥面板的整体和局部刚度成为设计的主要控制因素。通过铺层设计与截面参数分析,确定了GFRP型材的截面尺寸,开发了安全可靠,轻质高强,适用于我国公路桥梁建设的GFRP桥面板。 3.GFRP桥面板与钢纵梁连接界面剪应力的计算分析 采用弹性理论推导了在荷载作用下,GFRP桥面板与钢纵梁连接界面的剪应力分布公式,并与有限元计算值进行了对比,验证了理论计算公式的正确性。对背景GFRP桥面板-钢组合梁桥的GFRP板与钢纵梁连接界面的剪应力分布情况进行了计算分析。分析结果对GFRP桥面板-钢组合结构梁桥剪力件布置设计有重要的指导作用。 4.剪力件承载力分析与剪力件的布置设计 进行了GFRP-钢组合梁桥剪力连接件的推出试验。通过推出试验确定了GFRP的设计挤压应力为150MPa,胶接层的强度为3MPa。考虑剪力件承载能力有一定的安全系数的情况下,单个螺栓剪力件的设计承载能力为16.125kN,胶接层的设计抗剪强度为1MPa。并在此基础上对组合结构梁桥的剪力件分布进行了设计。 5.GFRP桥面板的弹性等效分析 采用弹性等效原理对GFRP桥面板进行了等效分析,分析结果表明等效模型计算的GFRP桥面板在荷载作用下的挠度值和试验值相差在5％以内,等效模型能很好模拟GFRP桥面板在荷载作用下的静力响应。采用等效模型建模能解决用实际尺寸建模计算时单元数量过多的问题,为GFRP-钢组合梁桥的全桥有限元分析打下坚实的基础。 |
| 作者： | 朱坤宁 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 万水 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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