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文檔簡(jiǎn)介
1、斜拉索是斜拉橋的關(guān)鍵承重構(gòu)件,傳統(tǒng)鋼拉索在疲勞荷載和外界腐蝕的共同作用下,安全性和耐久性下降明顯,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用壽命縮短。同時(shí),由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展需求,斜拉橋跨徑不斷增長(zhǎng),而鋼拉索由于自重大,隨著跨徑增加垂度效應(yīng)越發(fā)明顯,這一方面導(dǎo)致拉索等效剛度降低,增大了橋梁在正常使用狀態(tài)下的變形;另一方面降低了拉索的承載力,造成材料的浪費(fèi)。因此傳統(tǒng)鋼拉索限制了橋梁向高性能、長(zhǎng)壽命和更大跨徑的發(fā)展。
為了從根本上保證大跨斜拉橋在長(zhǎng)期荷載和嚴(yán)
2、酷環(huán)境下的高使用性、安全性和耐久性,同時(shí)滿足大跨橋梁跨度不斷增大的需求,本文從結(jié)構(gòu)材料出發(fā),研究采用具有輕質(zhì)高強(qiáng),能夠抵御多種嚴(yán)酷環(huán)境影響并且具有優(yōu)秀長(zhǎng)期力學(xué)性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼拉索。
本文首先通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)研究多種纖維復(fù)合筋,包括以環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂為基體的CFRP、BFRP及B/CFRP(1:1)筋材以及以環(huán)氧樹脂為基體的B/CFRP(3:1)和B/SFRP(4:1)的基本力學(xué)性能,測(cè)定了各種不同筋材的拉伸
3、強(qiáng)度、彈性模量等基本力學(xué)性能,在此基礎(chǔ)上討論基體材料和纖維混雜對(duì)FRP筋材力學(xué)性能的影響。該部分研究為后續(xù)章節(jié)中疲勞試驗(yàn)研究和斜拉橋數(shù)值模擬提供依據(jù)。
本文重點(diǎn)對(duì)適合用作斜拉索材料的BFRP、CFRP及B/CFRP三種筋材的疲勞性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。根據(jù)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了各種FRP筋材的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型,得出各FRP筋材的疲勞性能并進(jìn)行分析對(duì)比。因現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)FRP索用于斜拉橋時(shí)安全系數(shù)的選取并未給出明確規(guī)定,本文基于FRP的靜力和
4、疲勞試驗(yàn),提出了拉索高效利用的設(shè)計(jì)建議。通過(guò)建立與可靠度相關(guān)的S-N曲線,對(duì)NLD、ASTM及Whitney三種疲勞壽命預(yù)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比和討論,選取最為保守的結(jié)果,得出各筋材具有95%保證率的經(jīng)歷200萬(wàn)次循環(huán)荷載而不發(fā)生失效的疲勞強(qiáng)度。最后,依據(jù)疲勞強(qiáng)度給出各FRP筋材設(shè)計(jì)安全系數(shù)建議值。
在得到上述研究結(jié)論基礎(chǔ)上,本文對(duì)不同材料斜拉索的極限跨徑和承載效率進(jìn)行理論分析,并討論了因材料自重而產(chǎn)生的垂度效應(yīng)對(duì)拉索彈性模量的影響,
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