GFRP-混凝土复合拱性能研究

论文摘要

拱桥是我国公路桥梁中的主要桥型之一,在我国桥梁中所占比重约61%左右,在我国西部地区则高达80%以上。然而我国拱桥加固研究与梁桥相比还不够成熟,研究成果与文献相对较少,尤其是将GFRP作为阻裂增强层运用到拱桥新结构研究成果更少。因此,对拱桥开展新的结构形式和加固研究,具有重要的工程应用价值。本文设计制作了二种不同粘贴位置(全拱粘贴及局部粘贴)、三种不同粘贴形式(I型、U型及环型)的6片GFRP拱及一片普通混凝土对比拱,通过对六片GFRP复合拱及普通混凝土拱的破坏性试验,对其荷载挠度曲线规律、刚度、承载力、破坏形式等受力性能进行了试验研究。试验结果表:GFRP复合拱的刚度、承载力、变形性能及抗裂性能明显优于普通混凝土拱,其中,开裂荷载提高幅度在21.7%～69.6%,极限荷载提高明显,提高程度在68.6%～142.8%;在其它情况相同的条件下,采用全拱粘贴的GFRP复合拱的力学性能要稍优于采用局部粘贴的GFRP复合拱;采用环型及U型粘贴的GFRP复合拱力学性能明显优于采用I型粘贴的GFRP复合拱力学性能。在试验研究分析的基础上,对GFRP复合拱进行了有限元建模计算,通过试验与计算结果的对比分析,验证的模型的合理性,正确性。并在此基础上提出一种GFRP复合拱极限承载力有限元计算方法,结果表明,本文提出的关于GFRP复合拱极限荷载确定判据行之有效,按此判据得到的有限元计算极限荷载与试验极限荷载较接近。本文的研究成果和结论具有一定的理论意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 桥梁加固的迫切性
• 1.1.2 拱桥加固任务重
• 1.2 混凝土肋拱桥运用情况
• 1.2.1 国内外混凝土肋拱桥发展情况
• 1.2.2 肋拱桥常见病害及成因
• 1.3 GFRP 材料的组成及特点
• 1.3.1 GFRP 材料的组成及分类
• 1.3.2 GFRP 的特点
• 1.4 拱式桥加固技术研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.4.3 拱桥加固方法
• 1.5 GFRP 混凝土结构研究中存在的问题
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 GFRP-混凝土复合拱试验设计
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试验拱尺寸
• 2.2.2 GFRP 布粘贴位置的确定
• 2.2.3 试验拱设计及组别情况
• 2.2.4 试验材料
• 2.3 试验拱的构造及制作
• 2.4 试验方案
• 2.4.1 主要试验仪器及设备
• 2.4.2 加载方案
• 2.4.3 量测方案及内容
• 第三章 GFRP-混凝土复合拱试验结果及分析
• 3.1 试验现象描述
• 3.2 试验拱的荷载挠度曲线
• 3.3 局部粘贴GFRP 试验拱与普通混凝土拱对比分析
• 3.3.1 荷载挠度曲线对比分析
• 3.3.2 开裂荷载及极限荷载对比分析
• 3.3.3 破坏形态对比分析
• 3.3.4 变形性能对比分析
• 3.3.5 对比分析结论
• 3.4 全拱粘贴GFRP 试验拱与普通混凝土拱对比分析
• 3.4.1 荷载挠度曲线对比分析
• 3.4.2 开裂荷载及极限荷载对比分析
• 3.4.3 破坏形态对比分析
• 3.4.4 变形性能对比分析
• 3.4.5 对比分析结论
• 3.5 局部粘贴与全拱粘贴GFRP 试验拱对比分析
• 3.5.1 荷载挠度曲线对比分析
• 3.5.2 开裂荷载及极限荷载对比分析
• 3.5.3 对比分析结论
• 3.6 I 型、U 型及环型GFRP 拱荷载挠度对比分析
• 3.7 试验拱的裂缝开展对比分析
• 3.8 试验拱开裂前后受拉纤维布应变分析
• 3.9 本章试验小结
• 第四章 GFRP-混凝土复合拱有限元计算研究
• 4.1 有限元计算目的及内容
• 4.2 GFRP-混凝土复合拱有限元模型的建立
• 4.2.1 模型基本概述
• 4.2.2 单元的选取
• 4.2.3 材料本构关系及参数设定
• 4.2.4 有限元模型的建立
• 4.3 有限元计算结果分析
• 4.3.1 荷载挠度曲线计算结果分析
• 4.3.2 开裂荷载对比
• 4.3.3 同等荷载下GFRP 布应力对比
• 4.3.4 同等荷载下裂缝分布对比
• 4.3.5 GFRP 布荷载应变曲线
• 4.4 本章小结
• 第五章 GFRP-混凝土复合拱极限承载力计算研究
• 5.1 计算研究的目的
• 5.2 有限元模型的建立、计算及关健问题的处理
• 5.2.1 模型的建立、关健问题的处理
• 5.2.2 极限荷载的确定
• 5.2.3 模型计算及验证
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 后续工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果