GFRP-混凝土-钢组合梁桥力学性能的试验研究及理论分析

发布时间：2020-06-13 10:40

【摘要】：GFRP(glass fiber-reinforced polymer,即玻璃纤维增强复合材料)-混凝土-钢组合梁桥是一种新型桥梁结构形式。该种桥梁由GFRP-混凝土组合板、钢梁及抗剪连接件组成。横桥向的荷载由GFRP-混凝土组合板承担,顺桥向的荷载由GFRP-混凝土-钢组合梁承担,组合板与钢梁界面的剪力由抗剪连接件承担。在施工过程中,GFRP板作为施工中的永久模板使用,可以减少施工流程,节省木模板用量;在使用过程中,GFRP板可以代替桥面板中的部分底层钢筋,并有效阻挡来自桥面板底部的环境侵蚀,提高组合梁桥的耐久性。为了掌握该种桥梁的设计方法,本文对GFRP-混凝土组合板、GFRP-混凝土-钢组合梁、GFRP-混凝土-钢连接件的力学性能进行了研究。主要研究工作如下:1.为研究GFRP-混凝土简支板的静力性能并探索改进组合板延性的方法,进行了5个不同连接程度的GFRP-混凝土简支板静载试验,通过界面破坏前后连接机理的改变来探索改善组合板延性的方法。试验表明,砾石覆盖率的变化会改变组合板的破坏模式、极限承载力及延性,合理的砾石覆盖率可以使组合板在砾石界面破坏前具有较好的刚度,在砾石界面破坏后具有较好的延性,并且拥有较高的承载力。2.为研究GFRP-混凝土连续板的静力性能以及正常使用状态下连续板的分析方法,进行了3片具有不同配筋率的连续板静载试验。试验及理论分析表明,钢筋屈服前,正、负弯矩截面的应变分布符合平截面假定;随着配筋率的增高,GFRP-混凝土连续板的变形减小;在整个加载过程中,连续板发生了明显的内力重分布,负弯矩截面在钢筋屈服后可以依靠GFRP肋板继续承担弯矩;采用共轭梁法可以分析连续板的内力重分布;采用加筋混凝土板的裂缝宽度及变形计算方法可以计算组合板的裂缝宽度及变形。3.对组合板破坏前的非线性分析方法以及破坏时的弯剪承载力计算方法进行了研究。基于截面分析法建立了具有可靠连接的组合板非线性分析模型,理论模型求得的GFRP底板应变、跨中变形、内力重分布与实测值吻合良好。基于现有组合板抗剪承载力算法的比较结果以及GFRP板承担剪力的分析结果,建立了GFRP-混凝土组合板抗剪承载力计算方法。4.为研究GFRP-混凝土-钢组合梁的静力性能,进行了GFRP-混凝土-钢连接件的推出试验、GFRP-混凝土-钢简支梁弯曲试验、GFRP-混凝土-钢连续梁弯曲试验。研究结果表明GFRP板对栓钉连接件的刚度及极限承载力没有显著影响;由于GFRP板的约束,组合梁中混凝土顶面的极限压应变、组合梁的极限变形得到了提高,组合梁的破坏过程及机理也发生了改变;GFRP-混凝土-钢组合梁正、负弯矩区的抗弯承载力可以使用不计GFRP板的塑性抗弯承载力计算方法进行计算。5.为研究截面应力达到材料强度前的GFRP-混凝土-钢组合梁变形计算方法,对现有的截面受弯分析法进行了改进,提出了一种可考虑混凝土非线性、连接件刚度非线性、连接件非等间距布置以及截面变化的组合梁截面受弯性能的分析方法。该方法可以计算完全连接、部分连接的钢-混组合梁及GFRP-混凝土-钢组合梁的变形。此外,基于参数分析结果给出了GFRP-混凝土-钢组合梁变形的简化计算方法。6.在总结已有研究成果的基础上,给出了GFRP-混凝土-钢组合梁桥的设计方法。并针对无底层横筋的GFRP-混凝土组合板,提出了一种由环形筋、混凝土、GFRP板组成的抗扭构造措施承担混凝土扭转开裂后的扭矩。最后,基于研究结果对一采用GFRP-混凝土组合板的工程实例进行了计算分析。
【图文】：

图 1-1 桥面板钢筋锈蚀图合桥面板及 FRP-混凝土-钢组合梁特点合梁桥由 FRP-混凝土组合板和钢梁组成。FRFRP 板位于桥面板底部，混凝土浇筑其上。

(a) GFRP-混凝土组合板 (b) GFRP-混凝土-钢组合梁桥图 1-2 GFRP-混凝土-钢组合梁桥示意图1.3 FRP-混凝土桥面板研究现状1.3.1 FRP-混凝土桥面板的结构形式及力学性能研究综述
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】

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本文编号：2711055