GFRP－混凝土组合桥面板受力性能研究

论文摘要

近年来FRP材料因其轻质高强和耐腐蚀等优点已经成为桥面板材料的新选择，尽管存在着诸多优点，FRP构件也因为其建设初期的高昂费用和低于传统材料构件刚度等原因而在应用中受到了一些限制，为了解决这些问题，一些学者开始研究FRP组合构件，来降低全FRP构件的费用并使新型构件各组成部分材料的性能得到充分发挥。在分析其他学者研究成果的基础上，本文提出了一种新型GFRP-混凝土组合桥面板，组合板下部由三块单孔GFRP试件粘结成三孔箱型试件，上部浇注混凝土形成组合板，两种材料之间通过GFRP构件突出的T型肋（由两个单孔试件的倒L型肋粘结而成）和粘砂接触来加强连接，该组合桥面板既能充分发挥两种材料的性能优势，又具有足够的刚度和良好的经济性能，并且GFRP构件还可兼做模板简化施工。本文进行了新型GFRP-混凝土组合板的静载试验，测试了组合桥面板的刚度和强度等力学性能，试验结果证明新型GFRP-混凝土组合板具有良好的整体性能、力学性能和稳定性能；有限元参数变化分析显示提高混凝土强度等级及增大混凝土层厚度，能提高桥面板的刚度和极限承载力，但综合考虑各种因素，应优先采用提高混凝土强度等级的方法；对全GFRP桥面板、混凝土桥面板进行模拟对比表明，组合桥面板比混凝土桥面板具有更大的安全储备，而与GFRP空心桥面板相比，GFRP-混凝土组合桥面板具有更大的刚度；模拟结果还显示：新型桥面板的破坏是以混凝土受压破坏为标志，此时GFRP材料还远未达到其抗拉强度，破坏虽然是脆性破坏，但构件具有很大的安全储备；对GFRP-混凝土组合桥面板进行了理论研究，给出了不考虑滑移影响的GFRP-混凝土组合板的挠度计算、抗弯承载力和抗剪承载力计算公式，建议公式在滑移出现前与试验结果吻合较好；提出了组合板界面连接设计方法，并进行了GFRP-混凝土组合桥面板和全GFRP桥面板、预应力混凝土桥面板的自重和价格方面的对比分析。本文研究表明，综合考虑自重、价格和刚度等因素，GFRP-混凝土组合桥面板是桥梁工程应用中的一个较好选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 FRP 材料的特性及在桥梁工程中的应用
• 1.2.1 FRP 材料的特性
• 1.2.2 FRP 材料在桥梁工程中的应用
• 1.3 FRP 桥面板的国内外研究现状
• 1.3.1 全 FRP 材料桥面板
• 1.3.2 FRP-混凝土组合桥面板
• 1.3.3 FRP-混凝土组合板中两种材料之间的连接
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 组合桥面板简支板的设计和试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试件设计思路和方案
• 2.2.2 GFRP 试件形状的确定
• 2.2.3 GFRP 试件尺寸的确定
• 2.3 GFRP 箱型试件加工
• 2.3.1 GFRP 单孔箱型试件拉挤成型
• 2.3.2 粘结成三孔箱型试件及上表面粘沙处理
• 2.4 GFRP-混凝土组合板的加工制作
• 2.5 GFRP-混凝土组合板试验
• 2.5.1 试验装置及加载方案
• 2.5.2 测点布置方案
• 2.5.3 试验分组情况概述
• 2.6 简支组合桥面板试验过程及试验现象描述
• 2.6.1 FCCBD-1 构件的试验现象
• 2.6.2 FCCBD-3 构件的试验现象
• 2.6.3 FCCBD-4 构件的试验现象
• 2.6.4 FCCBD-5 构件的试验现象
• 2.6.5 FCCBD-6 构件的试验现象
• 2.7 简支组合桥面板试验结果分析
• 2.7.1 GFRP-混凝土组合桥面板材料受力分析
• 2.7.2 FCCBD-1 试验构件的应变分析
• 2.7.3 FCCBD-3 试验构件的应变分析
• 2.7.4 FCCBD-4 试验构件的应变分析
• 2.7.5 FCCBD-5 试验构件的应变分析
• 2.7.6 FCCBD-6 试验构件的应变分析
• 2.7.7 简支板试验结果对比分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 GFRP-混凝土组合桥面连续板和双排板试验
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 试件设计与制作
• 3.2.2 试验概况
• 3.2.3 试验测量内容
• 3.3 试验过程及现象
• 3.3.1 FCCBD-2 连续板试验过程及现象描述
• 3.3.2 FCCBD-7 试验过程及现象描述
• 3.3.3 FCCBD-8 试验过程及现象描述
• 3.4 连续板试验结果分析
• 3.4.1 连续组合板调幅系数分析
• 3.4.2 连续组合板挠度和滑移分析
• 3.5 简支双板试验结果分析
• 3.5.1 FCCBD-7 的荷载-滑移分析
• 3.5.2 FCCBD-7 应变分析
• 3.5.3 FCCBD-7 平截面假定的验证
• 3.5.4 FCCBD-8 的荷载-滑移分析
• 3.5.5 FCCBD-8 的应变分析
• 3.5.6 FCCBD-8 平截面假定的验证
• 3.5.7 简支双板结果对比及纤维应变特点
• 3.6 本章小结
• 3.7 附录（主要试验照片）
• 第4章 GFRP-混凝土组合桥面板数值模拟和参数分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 单元类型
• 4.2.2 材料参数
• 4.2.3 几何模型
• 4.3 有限元计算结果和试验值对比
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 挠度分析
• 4.4.2 极限荷载
• 4.4.3 应变分析
• 4.4.4 混凝土板厚对组合板承载力的影响
• 4.5 三种不同型式桥面板构件性能过的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 GFRP-混凝土组合板的静力设计理论研究
• 5.1 GFRP-混凝土组合板挠度计算
• 5.1.1 《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》刚度计算方法
• 5.1.2 ACI440.3R-04 规范公式
• 5.1.3 计算结果和试验值的对比
• 5.2 GFRP-混凝土组合板应力计算
• 5.3 GFRP-混凝土组合板承载力计算
• 5.3.1 正截面抗弯承载力计算
• 5.3.2 滑移效应对正截面抗弯承载力计算的影响分析
• 5.3.3 斜截面抗剪承载力计算
• 5.4 GFRP-混凝土组合板界面连接设计
• 5.4.1 采用直接涂刷粘结剂的方法
• 5.4.2 采用 FRP 剪力件的方法
• 5.5 三种不同型式桥面板构件自重和价格方面的比较
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果