铰销式CFRP环带吊杆受力性能研究

发布时间：2020-06-07 17:54

【摘要】：碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)的剪切强度、层间拉伸强度和层间剪切强度较低,这使得CFRP索的连接及锚固成为突出的问题,连接部位往往成为整个构件或结构的薄弱环节,也成了应用过程中急需解决的问题。铰销式CFRP环带是将一条具有单向纤维的CFRP连续层带以类似于赛道的方式分层缠绕在两个分离的销钉上,荷载通过销钉进行传递,层带两端采用热塑性树脂热融与邻近层连接。如果将其应用于中、下承式拱桥的吊杆中,不但可以充分利用CFRP材料抗腐蚀、耐疲劳的特点,避免钢吊杆的腐蚀与疲劳问题、降低后期维护费用;还可以利用CFRP环带的结构特点,在索两端形成销钉式连接,降低吊杆的弯曲附加应力及冲击效应。但是,CFRP环带在受力性能方面的研究还缺乏系统性,如果能对其作为中、下承式拱桥吊杆的受力性能进行深入研究,必将具有广阔的应用前景。本文通过实验及有限元分析,对铰销式CFRP环带吊杆的受力性能开展了研究,主要包括以下几个方面:(1)首先,进行了铰销式CFRP环带静力拉伸实验和疲劳实验。在静力实验中,通过观测实验构件的变形及破坏模式,确定铰销式CFRP环带的静力性能。通过多个构件的疲劳实验,研究CFRP环带的疲劳寿命和疲劳破坏特征,探讨CFRP环带的疲劳受力性能。(2)建立了铰销式CFRP环带精细有限元模型并进行了参数分析。通过有限元参数分析探索影响其承载力的关键参数,如销钉半径、环带厚度和摩擦系数等,对其破坏模式及机理进行分析和解释。研究表明:铰销式CFRP环带的受力薄弱点为直线环带接头处的外侧和直曲相交段内侧;随着销钉半径的增大,环带的应力水平有所降低;环带厚度变化会使得应力最大值出现的位置有所变化;销钉-环带界面之间的摩擦系数变化对曲线段受力有明显的影响。(3)建立了大跨度拱桥三维有限元结构模型,分析了铰销式CFRP环带吊杆拱桥在车辆荷载作用下的吊杆体系动力响应。以五缘大桥为工程背景,研究了不同车辆荷载作用下拱桥吊杆动态内力的变化规律,并将原桥的钢吊杆替换为CFRP环带吊杆,研究两种不同吊杆体系在动力效应方面的差异。研究表明,CFRP吊杆的应力水平大于原钢吊杆,应力变化规律基本与原钢吊杆相同。吊杆替换所引起的动力响应变化在同幅吊杆之间的分布较为均匀,不会造成个别或部分吊杆的动力响应有特别显著的变化。
【图文】：

端部短吊杆处，造成短吊杆倾斜、护套破裂，钢丝受力不均、腐蚀断裂。逡逑近年来，国内多座中下承式拱桥因吊杆断裂而导致桥面系部分或全部垮塌的逡逑事故，引起了较大的社会反响，如四川宜宾小南门大桥（图１．１）、金沙江大桥、逡逑新疆孔雀河大桥、福建武夷山公馆大桥（图１．２）等。国内由于吊杆破坏引起的逡逑拱桥事故统计如表１．１中所示［６］。因此，中下承式拱桥吊杆的安全问题引起越来逡逑越多科研人员及工程师们的重视。逡逑表１．１中下承式拱桥吊杆破断事故统计逡逑工程名称逦建成时间逦事故时间逦现场基本情况逡逑四川省攀枝花市逦１ＱＱＳ（Ｕ邋２０１２－１２－１０桥梁中部１根吊杆脱离锚固位置，逡逑倮果金沙江大桥逦１８：００逦使得桥面板发生明显凹陷。逡逑１／ｆ上端钢架和桥面间连接着的２４根逡逑R荩保卞危埃瑰澹埃板闻仓校保锤�发生断裂，造成桥面逡逑的大幅挎塌。逡逑？帊维五白、户逦主跨第２根吊杆断裂，，造成主跨第逡逑１Ｑ�

本文编号：2701784