玻璃纤维传力杆力学性能研究及优化设计

发布时间：2020-07-23 15:11

【摘要】：依据交通部《交通运输行业发展统计公报》表明,至2016年末,中国公路里程约达到469.63万公里。在正常车载循环作用下,混凝土路面的使用年限一般为20~40年,然而,值得注意的是,断板、错台、接缝破坏是使路面过早破坏混凝土路面的三大病害。为了使水泥路面能够达到设计的使用寿命,提高传力杆在接缝处的传荷能力,故对其力学性能的研究显得尤为重要。本文从理论角度出发,选用单参数地基模型,分析不同荷位下路面板底最大弯拉应力。根据最不利荷载作用位置计算不同模量、尺寸、截面形式的传力杆对接缝处的挠度值、相邻路面板接缝处的GFRP传力杆的相对弯沉量以及GFRP传力杆与混凝土界面的接触应力的影响。针对国内现有的复合材料工艺和施工方法,从影响GFRP传力杆性能的细观因素出发,从理论角度研究纤维体积含量变化对复合材料传力杆弹性模量的影响。利用ABAQUS有限元数值模拟方法对GFRP传力杆进行优化设计,建立不同的纤维缠绕角度以及纤维体积含量的混凝土路面-复合材料传力杆系统的三维有限元模型,研究其对接缝处路面弯沉量、混凝土传力杆界面的最大拉压应力以及单根传力杆传递的最大剪力值的影响。最终得到在车轮荷载作用下的各向异性复合材料传力杆较优的纤维缠绕角度和纤维体积含量,对复合材料传力杆的设计提出参考性意见。针对钢制传力杆与GFRP传力杆在轴载、温度梯度梯度以及温载耦合的情况下的受力性能。本文从微观角度选定较优的纤维体积含量0.65和纤维缠绕45°度角的GFRP传力杆进行数值模拟,对比钢制传力杆,分析GFRP传力杆在3种工况作用下的受力性能。最后,用数值模拟的手段分析不同模量、半径、长度的圆截面GFRP传力杆和椭圆截面GFRP传力杆对接缝处路面最大弯沉量、混凝土传力杆界面的最大拉压应力、以及单根GFRP杆传递的最大剪力值的影响,并对GFRP传力杆的设计提出参考性意见。此外,还对比了同样截面面积的圆截面GFRP传力杆和椭圆截面GFRP传力杆在荷载、温度梯度单独作用下以及温载耦合作用下的力学性能,选取其最优的截面形式。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.2
【图文】：

图 2-2 轮载位于路面中心时各传力杆的有效系数（0.097+0.458+0.820）×2=2.75作用位置下传力杆承担的剪力值计算：wcPP×LTE=

GFRP传力杆纤维缠绕示意图

全路面模型示意图

【参考文献】

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本文编号：2767486