FRP-UHPC板桁组合梁桥节点连接及整体受力性能试验与理论研究

发布时间：2017-10-06 06:26

  本文关键词：FRP-UHPC板桁组合梁桥节点连接及整体受力性能试验与理论研究

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【摘要】：FRP拉挤型材和UHPC较好的满足了桥梁工程对轻质、高强、耐久的需求,已在国内外桥梁工程中得到较为广泛应用。本文提出的"FRP-UHPC板桁组合梁桥”顺应了FRP拉挤型材、UHPC及其组合结构在桥梁工程中的发展趋势,规避了FRP型材腹板易受剪破坏、组合结构整体刚度偏低以及纯FRP桁架桥桥面系耐磨性能差等关键问题。本文通过模型试验、理论解析和数值模拟等方法,研究了不同影响因素下FRP-UHPC板桁组合梁桥两类节点连接的破坏模式、抗滑移刚度及极限承载力,同时对整桥的受力性能进行了试验研究及参数化分析,并与不同类型的桥梁进行了对比研究。本文的主要研究内容包括：1)FRP拉挤型材螺栓连接件试验研究与分析进行了20组FRP螺栓连接件静力试验,研究了剪切形式、螺栓直径、螺栓个数、板的几何参数、预紧力和结构胶等因素对FRP螺栓连接件破坏模式、抗滑移刚度和极限承载力的影响。胶栓混合连接综合了胶接和螺栓连接的优点,具有刚度大、延性好等特点。FRP螺栓连接件主要发生FRP板的剪切破坏,其裂缝起始于孔周45。方向,沿纤维拉挤方向扩展,并最终破坏。通过试验及理论分析总结,提出了螺栓连接、胶栓混接的抗滑移刚度模型,以及剪切破坏模式下FRP螺栓连接件的极限承载力计算公式。2) FRP-UHPC板桁组合粱桥界面剪力连接件试葛断究与分析进行了10组FRP-混凝土连接件推出试验,研究了螺栓个数、螺栓直径、螺栓高度、混凝土板配筋率、混凝土等级等参数对FRP推出试件破坏模式、抗滑移性能、极限承载力的影响。FRP-UHPC推出试件的极限承载力大于FRP-普通混凝土推出试件,其单个螺栓的承载力提高了80%、抗滑移刚度提高了130%。FRP-混凝土推出试件主要发生翼板剪切破坏和螺栓直剪破坏；基于不同的破坏模式,给出了相应的抗滑移刚度模型。通过试验验证,给出了螺栓直剪破坏模式下FRP推出试件的极限承载力计算公式。3) FRP-UHPC板桁组合桥足尺模型试验研究与分析进行了1组FRP-UHPC板桁组合桥足尺模型静力加载试验,研究分析了三类荷载工况下板桁组合实桥的受力性能。试验表明,本实桥能够很好的满足设计要求,正常使用极限状态内,单调荷载作用下表现出线弹性受力性能,循环荷载下变形可全部恢复。本文建立的有限元数值模型计算结果与实桥试验值基本吻合,可以很好的反应板桁组合实桥的受力性能。4) FRP-UHPC板桁组合梁桥受力性能分析及不同桥型的对比研究对FRP-UHPC板桁组合梁桥受力性能影响因素进行了参数化分析,FRP下弦杆、FRP腹杆截面尺寸及组合梁高的变化对FRP-UHPC板桁组合梁桥刚度的影响比较明显。用UHPC材料作桥面板有利于提高组合梁桥界面的抗滑移刚度,提高FRP-UHPC板桁组合结构的整体刚度。与国内外3座典型的FRP桁架桥相比,本桥重量较轻,FRP材料用量较少,整桥的相对刚度较大。相对于同等跨径的3类公路桥梁,本桥的重量轻,施工方便,在近海区域、海洋岛礁环境中具有较大的应用优势。
【关键词】：FRP拉挤型材 UHPC 板桁组合结构 FRP型材螺栓连接 FRP-混凝土界面剪力连接
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.216
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 国内外研究现状及发展动态14-22
• 1.2.1 FRP型材、UHPC及其组合结构的研究现状14-17
• 1.2.2 FRP板连接的研究现状17-21
• 1.2.3 FRP-混凝土界面连接的研究现状21-22
• 1.3 本文的研究内容22-24
• 1.3.1 研究趋势总结和发展动态预测22-23
• 1.3.2 本文研究内容23-24
• 第二章 FRP拉挤型材螺栓连接件试验研究与分析24-56
• 2.1 引言24-25
• 2.2 FRP螺栓连接件的试验概况25-28
• 2.2.1 FRP螺栓连接件的设计25-26
• 2.2.2 FRP螺栓连接件的制作26-28
• 2.2.3 试验装置及加载制度28
• 2.3 材性试验28-31
• 2.4 试验现象及结果分析31-48
• 2.4.1 试验现象31-42
• 2.4.2 试验结果分析42-48
• 2.5 FRP螺栓连接件的破坏模式和承载力计算方法研究48-54
• 2.5.1 FRP螺栓连接件的破坏模式48-51
• 2.5.2 FRP螺栓连接件的抗滑移刚度分析51-53
• 2.5.3 FRP螺栓连接件的承载力计算公式53-54
• 2.6 小结54-56
• 第三章 FRP-UHPC板桁组合梁桥界面剪力连接件试验研究与分析56-82
• 3.1 引言56
• 3.2 FRP推出试件的试验概况56-61
• 3.2.1 推出试件参数56-59
• 3.2.2 推出试件的制作59-60
• 3.2.3 试验装置及加载制度60-61
• 3.3 材性试验61-64
• 3.4 试验现象及结果分析64-74
• 3.4.1 试验现象64-71
• 3.4.2 试验结果分析71-74
• 3.5 FRP推出试件的破坏模式及承载力计算方法研究74-80
• 3.5.1 FRP推出试件的破坏模式74-77
• 3.5.2 FRP推出试件的抗滑移刚度分析77-79
• 3.5.3 FRP推出试件的承载力计算方法79-80
• 3.6 小结80-82
• 第四章 FRP-UHPC板桁组合梁桥试验研究与分析82-114
• 4.1 引言82
• 4.2 FRP-UHPC板桁组合梁桥试验概况82-88
• 4.2.1 试验梁的设计与加工82-88
• 4.2.2 试验装置及加载方案88
• 4.3 试验现象及结果分析88-109
• 4.3.1 测点布置图89-91
• 4.3.2 两点对称加载91-99
• 4.3.3 四点对称加载99-104
• 4.3.4 跨中单点加载104-108
• 4.3.5 试验结果的对比与分析108-109
• 4.4 基于试验的FRP-UHPC板桁组合梁桥的有限元数值分析与比较109-112
• 4.4.1 有限元数值模型的建立109-110
• 4.4.2 有限元数值模型计算结果分析110-112
• 4.5 小结112-114
• 第五章 FRP-UHPC板桁组合梁桥受力性能分析及不同桥型的对比研究114-132
• 5.1 引言114
• 5.2 FRP-UHPC板桁组合梁受力性能影响因素的分析114-119
• 5.2.1 界面剪力连接件抗滑移刚度114-116
• 5.2.2 FRP杆件节点刚度116
• 5.2.3 FRP杆件截面尺寸116-117
• 5.2.4 组合梁高度117-118
• 5.2.5 材料性能118-119
• 5.3 国内外同类FRP桁架桥受力性能对比研究119-123
• 5.3.1 现有FRP桁架桥的调研120-122
• 5.3.2 FRP桁架桥的对比分析122-123
• 5.4 不同类型中小跨径公路桥梁的对比研究123-130
• 5.4.1 FRP-UHPC板桁组合梁桥124-127
• 5.4.2 三类对比桥梁127-130
• 5.4.3 不同类型中小跨径公路桥梁的对比研究130
• 5.5 小结130-132
• 第六章 总结及展望132-134
• 6.1 总结132-133
• 6.2 展望133-134
• 参考文献134-140
• 攻读硕士学位期间发表论文情况140-142
• 致谢142

【参考文献】

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本文编号：981209