發(fā)布時(shí)間：2020-03-24 09:25

【摘要】：新材料和組合結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用是橋梁工程發(fā)展的重要方向。FRP是一種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好的高性能材料,與混凝土構(gòu)成的組合梁在中小跨徑橋梁中具有競(jìng)爭(zhēng)力。由于FRP型材的剛度較小,使變形成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,本文通過變形試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值分析對(duì)GFRP-混凝土組合梁的變形計(jì)算方法和參數(shù)影響展開研究。完成的主要工作如下:1.開展變形試驗(yàn)研究,探究了不同參數(shù)對(duì)組合梁破壞模式與變形特性的影響。研究表明,組合梁主要有混凝土壓碎破壞、GFRP脆性破壞和整體延性破壞三種破壞模式;組合梁中存在界面滑移效應(yīng)�；炷翉�(qiáng)度較低時(shí),組合梁在加載前期處于彈性狀態(tài),在加載后期變形呈明顯的非線性增長(zhǎng);混凝土強(qiáng)度提高到C40及以上時(shí),組合梁的荷載-變形曲線近似為直線。2.基于靜力法和鐵木辛柯梁理論,本文推導(dǎo)了考慮界面滑移和剪切變形影響的GFRP-混凝土組合梁變形計(jì)算公式。將解析解與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了本文公式的準(zhǔn)確性。分析表明,兩種因素對(duì)組合梁變形的影響隨跨高比增大而減小,且剪切變形的影響更大。3.采用ANSYS軟件建立GFRP-混凝土組合梁的有限元模型,對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了考慮界面滑移建模方式的準(zhǔn)確性。應(yīng)用該模型對(duì)影響界面滑移和剪切變形的連接件參數(shù)與GFRP幾何參數(shù)進(jìn)行了分析;在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,考慮豎向分離效應(yīng)的影響修正了組合梁的變形計(jì)算公式。同時(shí)建立精細(xì)化模型,對(duì)螺栓連接處的局部變形和應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。4.結(jié)合實(shí)際工程,將本文提出的變形計(jì)算方法與數(shù)值建模方式應(yīng)用于全GFRP橋和GFRP-混凝土組合梁橋的變形分析,證實(shí)了公式的實(shí)用性。同時(shí)開展了人群荷載試驗(yàn),結(jié)果表明全GFRP橋在靜載和沖擊作用下具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能。本文對(duì)GFRP-混凝土組合梁進(jìn)行了變形分析,推導(dǎo)了實(shí)用的變形計(jì)算公式,建立了能用于參數(shù)影響分析的數(shù)值模型,為GFRP橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算和工程應(yīng)用提供有益借鑒。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１邋－邋１邋Ｆｉｂｅｒ邋ｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ＦＲＰ邋ｐｒｏｆｉｌｅ逡逑國(guó)內(nèi)外許多試驗(yàn)研宄表明，不同類型的ＦＲＰ材料及構(gòu)件的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系接近逡逑理想的線彈性模型［１８］，如圖１－２所示，在纖維長(zhǎng)度方向不存在屈服強(qiáng)度，只有極逡逑限強(qiáng)度，，當(dāng)纖維應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度則認(rèn)為纖維斷裂。逡逑—逡逑／Ｔ＊邋ｆｉｂｒｅｓ逡逑＂－ｊｉ逡逑ｊ邐ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ逡逑／邋、：逡逑Ｊ邋／邐ｍａｔｒｉｘ逡逑＾ｍａｖ．ｎｉ逡逑￡＊ａ？ｃ，ｃ逡逑圖１－２邋ＦＲＰ型材的應(yīng)力？應(yīng)變關(guān)系逡逑Ｆｉｇ．卜邋２邋Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ邋ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｏｆ邋ＦＲＰ邋ｐｒｏｆｉｌｅ逡逑早期的ＦＲＰ型材主要采用手糊等工藝制作，質(zhì)量穩(wěn)定性較差，力學(xué)性能離散逡逑性較大。近年來，ＦＲＰ材料的制作工藝有了很大的改進(jìn)，拉擠、真空灌注等工業(yè)逡逑化成型工藝不斷發(fā)展成熟，可以生產(chǎn)出性能更穩(wěn)定、尺寸更大以及形狀更多樣的逡逑構(gòu)件。這種高性能結(jié)構(gòu)型材具有工業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，適合大規(guī)模生產(chǎn)，推動(dòng)了逡逑復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。逡逑１．２．２邋ＦＲＰ－混凝土組合梁的界面連接研究逡逑３逡逑

（１）國(guó)外ＦＲＰ橋梁逡逑１９９７年，瑞士邋Ｐｏｎｔｒｅｓｉｎａ河上建成了一座兩跨２５ｍ長(zhǎng)、寬１．５ｍ的ＦＲＰ連續(xù)逡逑桁架橋（圖１－邋４邋ａ），分別采用螺栓連接和膠栓混合連接，在春季和夏季作為景觀橋逡逑使用，在冬季被吊裝至其他場(chǎng)地存放，至今已經(jīng)反復(fù)使用了邋２０余年。逡逑２００２年在澳大利亞建成了一座跨度為的ＦＲＰ－混凝土組合梁橋，靜載和疲逡逑勞試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果都表明這種結(jié)構(gòu)具有很好的承載能力［５３］。２００４年西班逡逑牙建成了第一座ＣＦＲＰ－混凝土組合梁橋（圖１－４邋ｂ），邋ＦＲＰ為箱形截面，在腹板內(nèi)填逡逑充混凝土［４］。邐逡逑－Ｉ逡逑（ａ）邋Ｐｏｎｔｅｒｅｓｉｎａ邋橋邐（ｂ）邋Ａｕｔｏｖｉａ邋ｄｅｌ邋Ｃａｎｔｄｂｒｉｃｏ邋橋逡逑圖１－４國(guó)外ＦＲＰ橋梁逡逑Ｆｉｇ．卜邋４邋Ｏｖｅｒｓｅａｓ邋ＦＲＰ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑２０１１年，在日本廣島縣的Ｋｕｒｅ市建成了一座簡(jiǎn)支ＨＦＲＰ人行橋（圖１－５），用逡逑以替換己經(jīng)腐蝕嚴(yán)重的鋼橋，橋梁總長(zhǎng)為１２米，有效橋面寬度為０．７５米［２７］。人行逡逑橋由兩根ＨＦＲＰ工字梁和格柵橋面板組成，ＨＦＲＰ由ＧＦＲＰ和ＣＦＲＰ混合制成，一逡逑方面彌補(bǔ)ＧＦＲＰ型材剛度較小的不足，一方面降低橋梁造價(jià)。逡逑圖］－５邋ＨＦＲＰ人行橋逡逑Ｆｉｇ．ｌ－邋５邋ＨＦＲＰ邋ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU398.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2598127