全GFRP桥梁的力学性能研究

发布时间：2020-09-01 15:44

　　 FRP桥梁具有自重轻、相对承载大和防腐耐候等特点,在加快施工进度、减少后期维护和降低全寿命成本等方面具有巨大优势。近年来,国内开展了大量FRP桥面板、FRP-混凝土组合梁等部件的应用和研究,但关于全GFRP车行桥梁的研究较少。本文从基础材料,零部件结构到整桥结构进行了全面力学性能分析,研究了全GFRP车行桥梁设计的可行性。论文首先考察了GFRP材料在不同使用环境下,如高低温、强腐蚀等极限环境下的力学性能,证明了GFRP材料满足桥梁设计寿命需求。本文试验了在-40℃,0℃和60℃等高低温环境下,拉挤成型GFRP层合板弯曲强度保留率均超过75%;经30天5%盐酸、5%硝酸等腐蚀性介质处理和经受湿热加速、盐雾和1000h紫外线加速老化处理后,其弯曲强度仍有超过50%的保留率。其次,论文研究了GFRP桥面板构件的结构设计形式和力学性能。静力试验结果表明该桥面板极限承载超过标准校验载荷至少1.5倍,具有较大的安全余量;在承受21kN~70kN(1倍弯曲校验载荷)疲劳载荷幅值的疲劳试验中,该桥面板疲劳寿命接近880万次,超出标准要求4倍,满足我国车行I级车辆荷载的承载及疲劳要求。最后,论文以某高速公路附桥设计为应用背景,开展了全GFRP车行桥梁结构设计和力学性能分析。论文根据GFRP特点,优选了拉挤成型桥面板和真空灌注成型箱梁的组合梁结构为GFRP桥梁的优选结构形式。然后利用Ansys软件,建立分析模型,开展了4种不同载荷工况下的力学性能分析和优化,计算结果表明全GFRP桥梁的强度和刚度满足设计要求,证明了使用GFRP材料建造车行级桥梁的可行性。本文中全GFRP车行桥梁可行性分析的试验、计算及相关结论,将对GFRP桥梁设计、优化和应用具有一定的指导意义。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U441
【部分图文】：

1.4 2.1 70 3.1 金属种类7.8 1.86 200 3.5 2.7 0.63 74 3 构的特点FRP 制品性能由材料、设计和工艺的相P 材料是在基体和增强体结合形成材料件结构也实现成型的材料。因此，FRP 。结构形状复杂的大型 FRP 制件通过接装配，可显著降低应力集中现象。同减少制造工序和加工量，对提升产品质

科宁GFRP人行桥

便于整体组装、运输安装以及景观可设计性强等。FRP 人行桥多应用于对交通阻断时间要求非常严格城市人行天桥、跨线桥，以及山区峡谷等交通运输不便，材料运输安装困难的山间栈桥等。6）FRP 车行桥和铁路桥梁FRP 公路桥梁的应用多在美国和北欧，应用形式主要为 FRP 公路桥桥面板和 FRP 公路桥灌注主梁，且以 FRP 公路桥桥板应用为主。FRP 公路桥板大致分为 2 种：一种为拉挤型材粘接组合桥面板，以 Strongwell、Asset、Duraspan 等公司的产品为代表；另一种为整体灌注成型 FRP 夹芯结构桥面板，以 Fibercore、Apatech 和作者所在天津中车风电叶片工程有限公司等公司的产品为代表。2002年 10 月，英国在 West mill 修建了西欧第一座全 FRP 公路桥梁，设计承载 40t，使用拉挤 Asset 系列桥面板和四根碳纤维拉挤主梁（如图 1-3，图 1-4），整桥总重 37t，在桥址附近的临时场地组装完成后仅用时 30 分钟就完成安装。通过采用全 FRP 结构，West mill 桥免受高寒地区钢筋混凝土桥梁最大的危害——融雪盐腐蚀，也无钢结构桥梁的化学腐蚀问题，整个寿命周期内仅需很少的桥面铺装维护[22]。

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本文编号：2809932