中小跨度復(fù)合材料組合梁式橋梁結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很強(qiáng)的可塑性和結(jié)構(gòu)適應(yīng)性，與鋼材以及合金等金屬材料相比，復(fù)合材料能夠同時擁有質(zhì)輕、比強(qiáng)度和比剛度高、耐腐蝕以及材料的可設(shè)計性等突出優(yōu)點。近年來隨著GFRP（玻璃纖維）產(chǎn)量和性能的提高以及成型工藝的日益成熟，GFRP在土木工程中的應(yīng)用得到迅速推廣但要作為橋梁工程的主要受力構(gòu)件，還有大量的問題亟待解決，如:GFRP橋梁的結(jié)構(gòu)形式、制造工藝、材料設(shè)計、構(gòu)件連接方法等，這正是本文所涉及的研究內(nèi)容和研究意義所在。
　　本

2、文對被廣泛使用的拉擠成型工藝生產(chǎn)，纖維含量70％的e玻璃纖維/環(huán)氧樹脂型GFRP進(jìn)行拉伸、壓縮試驗，得出了其真實材料屬性。
　　探討出合理的GFRP組合結(jié)構(gòu)類型，提出較優(yōu)的組合結(jié)構(gòu)形式。采用該結(jié)構(gòu)形式給出具有代表性的工程試?yán)o出其詳細(xì)尺寸和參數(shù)，并對該橋的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，表明該類橋具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好但剛度較弱的特點。通過對本文選用的GFRP型材進(jìn)行市場價格調(diào)查和統(tǒng)計該橋的GFRP材料用量，表明該橋具備較好的經(jīng)濟(jì)實

3、用性。
　　針對本文探討的GFRP復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)，設(shè)計了合理的連接構(gòu)造，并對不同連接方法的連接性能和破壞機(jī)理等進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明:①GFRP與鋼板膠接連接的破壞模式是膠層出現(xiàn)剪切破壞，導(dǎo)致連接失效。GFRP與鋼板螺栓連接的破壞模式是螺栓孔出現(xiàn)剪應(yīng)力集中，GFRP板在螺栓孔處剪應(yīng)力過大，形成剪切破壞。GFRP與鋼板膠-栓混合連接的破壞模式也是GFRP板在螺栓孔位置發(fā)生剪切破壞。②連接強(qiáng)度方面:膠-栓混合連接＞螺栓連接＞膠接連

4、接。連接剛度方面:膠-栓混合連接＞膠接連接＞螺栓連接。連接延性方面:膠-栓混合連接＞螺栓連接＞膠接連接。③膠-栓混合連接中，螺栓的受力狀態(tài)分為3個階段:1）膠層產(chǎn)生塑性區(qū)之前，螺栓受力很小，荷載幾乎全是由膠層承擔(dān);2）膠層產(chǎn)生塑性區(qū)但塑性區(qū)逐步擴(kuò)展到螺栓孔之前，螺栓承擔(dān)的荷載開始變大，但仍不作為主要受力構(gòu)件;3）膠層的塑性區(qū)擴(kuò)展到螺栓孔處，螺栓承擔(dān)的荷載明顯變大。
　　此外由于膠-栓混合連接的復(fù)雜性和GFRP材料的特殊性，一些對螺

5、栓連接或膠接有明顯影響的因素（如螺栓個數(shù)、端距），對GFRP與鋼板進(jìn)行膠-栓混合連接的影響效果還有待進(jìn)一步研究。通過有限元模擬分析，結(jié)果表明:①增加螺栓個數(shù)有助于提高膠-栓混合連接強(qiáng)度，但提升效果較微，且單排螺栓數(shù)量不宜超過3個。②在膠層未產(chǎn)生塑性區(qū)之前，螺栓數(shù)量對膠-栓混合連接的剛度幾乎沒有影響;當(dāng)膠層產(chǎn)生塑性區(qū)之后，螺栓數(shù)量越多連接剛度越高;螺栓數(shù)量與剛度不成正比關(guān)系，當(dāng)單排螺栓數(shù)量超過3個之后，螺栓數(shù)量對連接剛度的影響可忽略不計。